Ученые МГУ придумали способ защиты спутников от космического мусора
Сотрудники Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова придумали, как защитить спутники от столкновения с космическим мусором. Для этого они предложили использовать специальные защитные экраны, заполненные газожидкостной смесью. Результаты исследования, которое проводилось в рамках междисциплинарной научно-образовательной школы МГУ «Фундаментальные и прикладные исследования космоса», были опубликованы в научном журнале Acta Astronautica.
Как подчеркнули ученые, высокоскоростные столкновения с обломками космического мусора являются серьезной угрозой для аппаратов на орбите. Обезопасить спутники от подобных инцидентов могли бы стальные защитные экраны, но их необходимая толщина настолько велика, что вес таких аппаратов превышает все допустимые показатели. Поэтому в МГУ сосредоточили усилия на разработке низкоплотной защиты, которая позволила бы снизить массу устройства, но при этом сохранить его защитные свойства.
Предложенные специалистами защитные экраны имеют сотовую структуру и состоят из большого количества контейнеров, наполненных газожидкостной смесью. По расчетам ученых, они смогут аккумулировать и трансформировать кинетическую энергию, образующуюся при ударе на высокой скорости. Эффективность этого технологического решения была успешно подтверждена результатами предсказательного вычислительного моделирования.
Идея состоит в том, чтобы с помощью свойств газа передавать давление во всех направлениях: за счет этого происходит включение боковых и лицевых стенок контейнера, что в свою очередь позволяет увеличить площадь высокоэнергетического воздействия. Следовательно, чем больше энергии поглощает сотовый защитный экран, тем меньше она будет воздействовать на космический аппарат.
«В процессе взаимодействия с контейнером происходит разрушение ударника и стенки и формирование облака мелких расплавленных капель. Это облако быстро тормозится в атмосфере жидконаполненной соты и переводит свою кинетическую энергию в тепловую энергию сжатого пара, которая в свою очередь вызывает образование ударной волны, разрывающей ячейку изнутри. Таким образом, многослойная сотовая защита способны поглотить большую часть кинетической энергии удара», — объяснил один из руководителей проекта, заведующий лабораторией волновых процессов, профессор кафедры газовой и волновой динамики механико-математического факультета МГУ Николай Смирнов.
Чтобы проверить свою гипотезу, ученые МГУ и специалисты АО «НПО Специальных материалов» провели моделирование быстропротекающих процессов высокоскоростного соударения с помощью высокопроизводительных суперЭВМ. Результаты не только подтвердили эффективность схемы защиты, но и позволили спрогнозировать снижение веса конструкции до 20%.
Специалисты выразили уверенность, что в перспективе их разработка поможет уменьшить вес защитных элементов новых орбитальных станций, а также сократит затраты при доставке подобных защитных экранов в околоземное космическое пространство.
