Космический мусор представляет главную угрозу для работающих на орбите людей и аппаратов. Отечественные специалисты выяснили, какая защита наиболее эффективна при столкновениях с металлоломом.
У покорения космоса есть неприглядная сторона: в околоземном пространстве накапливается мусор. Вокруг Земли на низких орбитах вращается не менее 30 тысяч объектов, доступных для наблюдения — отработанные спутники, разгонные ступени ракет, крупные фрагменты от их столкновений. Число мелких обломков подсчету не поддается. Весь этот металлолом движется со скоростью до 15 километров в секунду и представляет реальную опасность для действующих космических аппаратов, в том числе пилотируемых.
Для защиты искусственных спутников Земли от космического мусора используют алюминиевые экраны. Они могут быть монолитными и многослойными, с пустотами между слоями металла. Цельнометаллические экраны дешевле в изготовлении. Многослойные (иначе разнесенные) конструкции считаются более надежными. Их разработчики указывают на то, что пустоты будут гасить энергию удара при столкновении спутника с летающими в космосе предметами. Однако достоверно убедиться в превосходстве разнесенных экранов над цельнометаллическими пока никому не удавалось. Оснастить спутники аппаратурой, способной фиксировать параметры столкновений и отправлять информацию на Землю, экономически неоправданно.
Ученые Томского Института физики прочности и материаловедения Сибирского отделения РАН решили эту задачу с помощью специально разработанного программного обеспечения, использующего так называемый метод конечных элементов (англ. finite elements method). Они смоделировали соударения под разными углами алюминиевых частиц размером от 3,2 до 5 миллиметров, летящих со скоростью от 3 до 15 км/с, со стандартными цельнометаллическими и многослойными защитными экранами одинаковой толщины. Результаты моделирования были опубликованы в журнале Acta Astronautica.
При всех сценариях столкновений разнесенные экраны защищали космические аппараты лучше монолитных. На скорости обломков 3 км/c «выживаемость» аппаратов с разнесенной защитой оказалась на 40−60% выше, чем у спутников с монолитным экраном. Крупные обломки пробивали монолит насквозь, в то время как при прохождении многослойной защиты они последовательно разрушались, теряя кинетическую энергию.
При скорости 7 км/с эффективность слоеного пирога оказалась выше уже в 2,5 раза. При максимальной смоделированной скорости 15 км/с шансов у спутника оставалось уже немного, но если толстый однослойный экран однозначно не спасал от такого удара, то многослойный позволял одному аппарату из пяти остаться в живых.
Руководитель проекта профессор Павел Радченко отметил, что моделирование гиперскоростных столкновений с использованием метода конечных элементов позволяет исследовать любые материалы, используемые в авиакосмической отрасли, и открывает путь к созданию легких и прочных защитных конструкций.
<div class="mediaPollEmbed" data-id="50bac3f6-7bce-5c24-bce5-d1c294b5a65c" data-prerendered><noscript><section><h2>Доверяют ли россияне блогерам и авторам</h2><p>11 вопросов</p><p>Совместно с платформой VK AdBlogger мы проводим опрос о том, как россияне относятся к рекламе у блогеров и авторов сообществ. Приглашаем вам принять участие: все ответы анонимны, результаты будут использованы только в обобщенном виде.</p><form method="POST" action="https://media-poll.mail.ru/api/50bac3f6-7bce-5c24-bce5-d1c294b5a65c"><fieldset><legend>Укажите ваш пол</legend><label><input type="radio" name="10128" value="38789"/>Мужской</label><br/><label><input type="radio" name="10128" value="38790"/>Женский</label><br/></fieldset><button type="submit">Далее</button></form></section></noscript></div><script type="text/javascript">(function(){window.mediaPoll=window.mediaPoll||{};function renderEmbeds(){var embeds=document.querySelectorAll('.mediaPollEmbed');if(!embeds.length){return;}for(var i=0;i<embeds.length;i++){var embed=embeds[i];var uuid=embed.dataset.id;window.mediaPoll.render(uuid,embed);}}function loadEmbed(){var head=document.getElementsByTagName('head')[0];var script=document.createElement('script');script.type='text/javascript';script.defer=!0;script.async=!0;script.src='https://media-poll.mail.ru/-/1738925027127/embed/main.js';script.onload=renderEmbeds;if(!window.mediaPoll.appended){head.appendChild(script);window.mediaPoll.appended=!0;}}if(window.mediaPoll.appended){renderEmbeds();}else{if(window.opera=='[object Opera]'&&!document.addEventListener){window.attachEvent('onload',loadEmbed);}else{document.addEventListener('DOMContentLoaded',loadEmbed,!1);}if(document.readyState !== 'loading'){loadEmbed();}}})();</script>
Читайте в нашем материале, бывают ли космонавты в очках и как невесомость влияет на зрение.
Источник