Как решётка яиц может защитить МКС от космического мусора
В 2007 году фрагмент космического мусора пробил радиаторную панель американского шаттла «Эндевор», а в 2021 году повредил роботизированный манипулятор на МКС. Такие случаи подтверждают необходимость поиска решений проблемы обломков, летающих на околоземной орбите с огромной скоростью. И вот китайские учёные предложили весьма необычный способ.
На орбите сегодня находится около миллиона фрагментов космического мусора размером более сантиметра. За десятилетия космических полётов, запусков ракет и развёртывания спутников вокруг планеты скопилось огромное количество таких обломков. Каждый из них движется с примерной скоростью 7–8 км/с, представляя серьёзную опасность для действующих космических аппаратов и МКС. За космическим мусором следят международные организации, а исследователи ищут способы очистить орбиту. Но пока обломки продолжают вращаться вокруг Земли, остаётся только создавать методы защиты от них.
Исследователи из Даляньского технологического университета предложили оригинальный подход, вдохновившись формой яйца. Его скорлупа достаточно хрупкая, но если объединить несколько яиц в конструкцию, сходную с решёткой, в которой они продаются в магазине, можно добиться значительной прочности. Китайские инженеры экспериментально доказали, что алюминиевая структура в форме размещённых рядом овоидов (предмет в форме яйца) может служить надёжной оболочкой для космических аппаратов, потому что энергия удара при её деформации распределяется по всей конструкции. Причём такая защита становится ещё прочнее, если заполнить каждое «яйцо» водой. Та помогает гасить ударную волну.
Такое отверстие проделал в обшивке американского шаттла фрагмент космического мусора
Фото: © Amazon Web Services, Inc
Чтобы протестировать свою разработку, инженеры использовали компьютерное моделирование. Они спроектировали три разновидности панелей, покрытых яйцевидными структурами: в первой овоиды смотрели наружу острыми концами, во второй — тупыми концами, а в третьей их ориентация чередовалась. С помощью компьютерного моделирования авторы исследования имитировали удар сферического объекта, двигающегося со скоростью 7,5 км/с. Наилучшую ударостойкость продемонстрировала структура, в которой все алюминиевые оболочки были направлены узким концом наружу. Такая панель при попадании в неё предмета, летящего в несколько раз быстрее пули, снизила его скорость почти на 65 %, тогда как сплошная алюминиевая пластина — лишь на 51 %.
Результаты эксперимента показывают, что лёгкие биомиметические метаструктуры могут стать перспективным способом защиты от попадания предметов, движущихся с гиперзвуковой скоростью. Впрочем, до практического применения яйцевидной структуры ещё далеко. Исследователям ещё предстоит оптимизировать наполнение конструкции и её геометрию, а также подобрать толщину металла и соотношение размеров элементов.
