Ученые из Московского университета разработали новую умную и креативную концепцию для низкоплотной защиты. Она основана на использовании диссипативно-релаксационного материала, который представляет собой сотовую конструкцию, состоящую из множества контейнеров, наполненных газожидкостной смесью. Эти исследования проводились в Междисциплинарной научно-образовательной школе МГУ «Фундаментальные и прикладные исследования космоса».
Эффекты диссипации энергии, возникающие при высокоскоростном ударе по газо-жидконаполненным контейнерам, могут быть успешно использованы для защитных экранов, которые способны аккумулировать и трансформировать кинетическую энергию удара. Эффективность данной концепции была подтверждена результатами предсказательного вычислительного моделирования процессов высокоскоростного соударения фрагмента с жидко-наполненным тонкостенным контейнером.
Столкновения с высокоскоростными фрагментами космического мусора представляют серьезную опасность для космических аппаратов. Толщина стальных защитных экранов, необходимых для предотвращения таких столкновений, оказывается настолько большой, что их вес превышает все допустимые для орбитального использования значения. Поэтому разработка низкоплотной защиты диссипативно-релаксационного типа стала одной из приоритетных задач.
В рамках данного проекта была предложена сотовая защита, состоящая из большого числа контейнеров, наполненных газожидкостной смесью. Эффекты диссипации энергии при высокоскоростном ударе по таким контейнерам могут быть успешно использованы для создания защитных экранов, которые могут аккумулировать и трансформировать кинетическую энергию удара.
Ученые МГУ и специалисты АО «НПО Специальных материалов» разработали методы вычислительного моделирования многомасштабных процессов, которые происходят в релаксационных материалах и поглощают энергию ударных волн.
Одной из особенностей процессов высокоскоростного соударения является наличие областей с различными масштабами давлений, начиная от сотен тысяч атмосфер в зоне контакта и заканчивая несколькими атмосферами в других зонах. Поэтому поведение материалов в различных зонах существенно отличается. Были разработаны модели материалов, которые позволяют провести комплексное численное моделирование многомасштабных процессов.
Результаты предсказательного моделирования на высокопроизводительных суперкомпьютерах подтвердили эффективность предложенной схемы защиты и позволили сделать прогноз относительно ожидаемого снижения веса конструкции до 20%.
Таким образом, разработка низкоплотной защиты из диссипативно-релаксационного материала представляет собой инновационный и умный подход к проблеме защиты космических аппаратов от высокоскоростных столкновений с космическим мусором. Эта концепция, основанная на использовании сотовой структуры с газожидкостной смесью, позволяет эффективно аккумулировать и трансформировать кинетическую энергию удара. Благодаря разработанным методам вычислительного моделирования, ученым удалось предсказать и подтвердить эффективность данной концепции. Ожидается, что вес конструкции защитных экранов может быть снижен до 20%, что является важным достижением в области космической безопасности.