«Алюминиевые яйца» с водой обошли сплошной алюминий в защите от космического мусора
Китайские исследователи из Даляньского технологического университета предложили необычный способ защиты космических аппаратов от столкновений с орбитальным мусором. Вместо привычных сплошных металлических экранов они создали конструкцию из множества полых алюминиевых оболочек, заполненных водой. Форма каждого элемента напоминает яйцо, а вся система размещается между двумя алюминиевыми пластинами.
Количество пусков растет, и вместе с ним увеличивается засоренность околоземного пространства. По данным NASA, на орбите находится порядка 34 тыс. обломков крупнее 10 см, около 900 тыс. объектов размером от 1 до 10 см и примерно 128 миллионов частиц мельче сантиметра. Даже крошечный фрагмент на орбитальной скорости способен нанести серьезный урон. Показательный случай произошел в 2007 году: обломок пробил панель радиатора шаттла Endeavour.
Космический мусор: почему опасен и что с ним делать
Сегодня для защиты применяют так называемые щиты Уиппла — тонкую внешнюю панель, отделенную зазором от корпуса. Идея в том, чтобы ударный элемент разрушился о внешний слой, а его энергия распределилась по большей площади. Новая разработка развивает этот принцип, но вместо простых слоев использует упорядоченный массив элементов сложной геометрии.
Отдельная оболочка в форме яйца легко разрушается при точечной нагрузке. Однако в массиве элементы работают сообща: при ударе они деформируются последовательно, один за другим, не давая нагрузке сконцентрироваться в одном месте. Соавтор работы Юйсинь Ван поясняет, что такое каскадное деформирование превращает локальный удар в распределенное рассеивание энергии по всей конструкции.
Вода внутри оболочек усиливает эффект. При высокоскоростном столкновении жидкость перемещается, давит на стенки и поглощает часть ударной волны, одновременно перераспределяя нагрузку.
Авторы напечатали на 3D-принтере несколько образцов и сравнили их: монолитную алюминиевую плиту, алюминиевые сферы с водой и разработанный массив «яичных» оболочек. Испытания с газовой пушкой и компьютерное моделирование показали преимущество последнего варианта. Скорость фрагмента после взаимодействия с новой защитой снижалась почти на 65%, тогда как сплошная алюминиевая плита обеспечивала лишь 51%.
Важную роль сыграла ориентация элементов. Наибольшую эффективность показала конфигурация, в которой узкий конец «яйца» направлен наружу и подпирает верхнюю алюминиевую пластину.
Исследователи планируют оптимизировать толщину оболочек, их геометрию, соотношение размеров и схему расположения элементов. Цель — максимальное поглощение энергии при минимальной массе конструкции. В перспективе такая защита может найти применение на спутниках и других аппаратах, где важен каждый килограмм.
Как еще защитить спутник от столкновения с космическим мусором? Собрали все, что нужно знать о броне для космоса.
Иллюстрация Wang et al.
Самое популярное
