Новости

8 февраля, 2021 18:46

Новые конструкции защитят аппараты, летающие около раскаленных объектов и на гиперзвуковых скоростях

Источник: Известия
Разработка российских ученых позволит подлететь к Солнцу ближе, чем это могут сегодня зарубежные космические аппараты. В МАИ создали методику проектирования тепловой защиты конструкций аэрокосмической техники. В частности, исследователи предлагают использовать для тепловых экранов легкие высокопористые ячеистые материалы на основе стеклоуглерода. Они также пригодятся для теплозащиты аппаратов, летающих на гиперзвуковых скоростях.
Источник: Global Look Press/Cover Images

Урок Икару

Информация о процессах на Солнце позволяет проверить множество астрофизических гипотез и спрогнозировать состояние околоземного космического пространства. Однако автоматические межпланетные станции, изучающие светило, подвергаются экстремальному тепловому воздействию, что затрудняет их близкий подход к звезде. Для сохранения работоспособного состояния конструкции требуется специальная защита.

Разработка ученых из МАИ позволит приблизиться к Солнцу на расстояние восьми солнечных радиусов (5,568 млн км) и провести измерения параметров солнечного ветра в ближайшей окрестности звезды. Эта миссия была бы уникальной — пока ни один космический аппарат не приближался к Солнцу на такое расстояние. Американский зонд Parker Solar Probe в декабре 2024 года планирует подойти к объекту на расстояние в 8,9 солнечного радиуса.

Ученые разработали метод оптимального проектирования многослойной тепловой защиты, позволяющий рассчитать совокупность характеристик структуры высокопористого материала: пористость и диаметр ячеек совместно с толщиной слоев многослойной теплоизоляции. Это обеспечит минимальную массу тепловой защиты при соблюдении заданных ограничений на максимальные температуры.

— Проект посвящен созданию метода проектирования тепловой защиты космических аппаратов, — рассказала младший научный сотрудник кафедры «Космические системы и ракетостроение» института № 6 «Аэрокосмический» МАИ Маргарита Салосина. — При разработке аэрокосмических конструкций необходимо минимизировать массу тепловой защиты. Один из путей решения этой проблемы связан с применением теплозащитных и теплоизоляционных материалов низкой плотности.

В частности, исследователи планируют использовать высокопористые ячеистые материалы на основе стеклоуглерода. Они имеют малую плотность и устойчивы к воздействию высоких температур в вакууме или неокисляющей среде, то есть в разреженном космическом пространстве.

Тайны солнечной короны

В настоящее время в России разрабатывают проект солнечного зонда для исследования светила и его окрестностей. И новая методика может быть при этом востребована.

— Конечно, чем ближе ты к объекту, тем больше о нем узнаешь, — пояснил научный сотрудник Пулковской астрономической обсерватории РАН Кирилл Масленников. — Солнце — фантастически интересный объект. В частности, поражает его загадочная корона с температурой в несколько миллионов градусов при том, что сама поверхность звезды в тысячу раз холоднее. Правда, между разработкой метода и запуском корабля может пройти много лет.

Корабль NASA уже год наблюдает Солнце с близкого расстояния. Год назад к светилу вылетел корабль Solar Orbiter, запущенный Европейским космическим агентством.

— Цель таких исследований — узнать природу солнечного ветра и понять, как нагревается солнечная корона, — пояснил ведущий научный сотрудник Института космических исследований РАН Алексей Струминский. — В частности, необходимо выяснить элементный состав солнечного ветра. Это поможет ответить на фундаментальные вопросы о том, как устроена наша звезда. Для получения таких сведений важно подлететь к ней как можно ближе.

Разработанную в МАИ методику можно использовать также при проектировании элементов для других высокоскоростных летательных аппаратов.

— Выбранные для исследования материалы можно применять для защиты аппаратов, летающих на гиперзвуковых скоростях, — рассказал заведующий кафедрой «Космические системы и ракетостроение» института № 6 «Аэрокосмический» МАИ, академик РАН Олег Алифанов. — Ведь когда аппарат летит со скоростью, значительно превышающей скорость звука, его поверхность сильно нагревается. И если поставлена задача создания многоразовой теплозащиты, то ее материал должен быть не только легким, но и достаточно термостойким. Именно такими свойствами обладают высокотемпературные ультрапористые ячеистые материалы. Оптимальное проектирование подобного многослойного теплозащитного покрытия теперь может базироваться на разработанной нами методике.

Россия реализует программу разработки гиперзвукового оружия, и система теплозащиты играет не последнюю роль для его реализации.

Исследования были проведены при поддержке Российского научного фонда.

26 марта, 2021
Найден способ облегчить предсказание поведения физической модели
Сотрудники Института проблем машиноведения РАН создали новую теорию, позволяющую предсказывать повед...
23 марта, 2021
Ученые расширят перечень пригодных для 3D-печати материалов
Ученые Томского государственного университета и ИФПМ СО РАН предложили новый способ 3D-принтинга, ко...