Ученые Московского университета придумали инновационную защиту от высокоскоростных ударов космического мусора. Эта защита основана на использовании диссипативно-релаксационного материала в форме сотовой конструкции, состоящей из множества контейнеров, заполненных газожидкостной смесью. Исследования были проведены в рамках Междисциплинарной научно-образовательной школы МГУ «Фундаментальные и прикладные исследования космоса», и их результаты опубликованы в журнале «Acta Astronautica».
Космический мусор представляет серьезную угрозу для космических аппаратов. Обычные стальные защитные экраны должны быть настолько массивными, что их масса превышает допустимые нормы для орбитального использования.
В связи с этим, разработка низкоплотной защиты, основанной на диссипативно-релаксационном материале, стала приоритетной задачей. В рамках этого проекта предложена концепция сотовой защиты, состоящей из множества контейнеров, наполненных газожидкостной смесью. При ударе высокоскоростных фрагментов по таким контейнерам происходит диссипация кинетической энергии, что позволяет защитным экранам эффективно поглощать и перераспределять энергию удара.
Профессор МГУ Николай Смирнов, один из руководителей проекта, объясняет принцип работы этой защиты и делится результатами исследований. Он говорит, что сотовый экран с тонкостенными контейнерами, наполненными жидкостью, способен увеличить площадь воздействия высокоэнергетического удара, так как боковые и лицевые стенки контейнера передают давление во всех направлениях и превращают энергию удара в тепло и энергию разрушения контейнера. Чем больше энергии поглощается защитным экраном, тем меньше ее передается защищаемому объекту. В процессе взаимодействия с контейнером происходит разрушение ударника и стенок, образуется облако мелких расплавленных капель, которое затем превращает кинетическую энергию в тепло и вызывает образование ударной волны, разрушающей ячейку изнутри.
Ученые МГУ и специалисты АО «НПО Специальных материалов» разработали методы вычислительного моделирования, которые позволили предсказать поведение материалов релаксационного типа, поглощающих энергию ударов. Их модели учитывают особенности высокоскоростных столкновений с различными давлениями в разных зонах. Результаты предсказательного моделирования подтвердили эффективность разработанной схемы защиты и позволили предположить снижение веса конструкции до 20%.
В будущем это открытие может помочь уменьшить вес защиты для новых орбитальных станций и, таким образом, сэкономить средства, затрачиваемые на доставку элементов защитных экранов в космос.
