Просмотр новости
Найдите то, что Вас интересует
Спутники
РН
SpaceX
Роскосмос
NASA
СпутникиРНSpaceXРоскосмосNASAС увеличением количества пусков и спутников на орбите проблема космического мусора становится все острее. Отработавшие ступени ракет, неработающие аппараты, части разрушившихся конструкций — все это создает потенциальные риски как для новой техники, так и людей, которые работают в космосе.
На низкой околоземной орбите космический мусор сталкивается с другими объектами на гиперскоростях — средняя скорость таких столкновений составляет примерно 10 километров в секунду, а в некоторых случаях достигает 15 километров в секунду.
Для защиты от столкновений на сверхвысоких скоростях используют щиты Уиппла и более сложные многослойные системы. Их принцип основан не на том, чтобы просто выдержать прямой удар. Внешний защитный слой разрушает летящую частицу, а при особенно высокой скорости может также расплавить или испарить ее.
[shesht-info-block number=1]
Образовавшееся облако фрагментов распространяется по большей площади и за счет изменения распределения энергии и импульса наносит основной стенке аппарата гораздо меньший ущерб. Такие системы эффективны, но увеличивают массу, а дополнительная масса повышает требования к ракете-носителю и поднимает стоимость пуска. Поэтому инженеры ищут способы сделать защиту как можно легче.
Решения часто подсказывает природа. На этот раз инженеры обратили внимание на куриное яйцо.
Яичная скорлупа кажется хрупкой — при точечном ударе она легко трескается. Но благодаря изогнутой форме тонкая оболочка способна эффективно сопротивляться равномерно распределенной нагрузке: геометрия помогает скорлупе перераспределять внешнее давление по всей поверхности, делая ее прочной на сжатие. Прочность куриного яйца зависит не только от формы, но еще от толщины и структуры скорлупы, а также от направления механического воздействия.
Именно яичная скорлупа заинтересовала китайскую команду инженеров под руководством Вана Юйсиня (Yuxin Wang) из Даляньского технологического университета. Они создали 3D-печатные полые алюминиевые конструкции, повторяющие форму скорлупы, и заполнили их водой. Получившиеся ячеистые структуры затем разместили между алюминиевыми пластинами и испытали на сопротивление гиперскоростным ударам.
[shesht-info-block number=2]
Конструкция работает за счет последовательной деформации. При ударе нагрузка сначала воздействует на ближайшую оболочку, затем распространяется на соседние элементы. Они деформируются последовательно, поэтому воздействие распределяется по большей площади, а энергия удара рассеивается по всей структуре.
Дополнительную роль играет вода внутри алюминиевых оболочек. При сильном ударе она начинает перемещаться внутри полости, дополнительно рассеивает энергию и ослабляет распространение ударной волны.
Инженеры также проверили, как расположение яйцевидных элементов влияет на защитные свойства конструкции, и установили, что лучше всего они работают в вертикальном положении, когда узкий конец оболочки обращен к верхней пластине. В оптимальной конфигурации водонаполненная яйцевидная структура позволила снизить скорость ударяющего тела примерно на 65 процентов. Для одной только алюминиевой пластины этот показатель составил 51 процент.
[shesht-info-block number=3]
До практического применения новой защиты еще далеко. Специалистам предстоит доработать конструкцию и проверить ее в условиях, близких к реальным столкновениям с космическим мусором. Сейчас они подбирают оптимальную толщину стенок, соотношение высоты и диаметра оболочек и необходимый объем воды.
Научная работа опубликована в издании Journal of Applied Physics.