«Одной из актуальных проблем является огромное количество космического мусора на орбите: только учтенных объектов насчитывается около 300 тысяч. Конечно, о приближении большого объекта становится известно заранее, и в таком случае меняется орбита движения летательного аппарата, но столкновение с более мелким мусором неизбежно. Например, объект весом меньше грамма (песчинка кварца или кусок алюминия), летящий со скоростью несколько тысяч метров в секунду, может нанести весьма серьезный урон», — рассказывает кандидат физико-математических наук, руководитель проекта по гранту РНФ Павел Андреевич Радченко.
Взаимодействие космического мусора с экраном, начальная скорость семь тысяч метров в секунду. Источник: Изображение предоставлено исследователями
Научное направление, связанное с компьютерным моделированием протекающих в космосе процессов, было заложено в Научно-исследовательском институте прикладной математики и механики Томского государственного университета, с которыми ученые ИФПМ СО РАН активно сотрудничают. В институте реализуется комплексный подход в организации исследований по космической тематике: материаловеды создают новые материалы с заранее заданными свойствами, перспективные для использования в аэрокосмической отрасли (например, композиты могут использоваться для изготовления защитных экранов). Экспериментаторы, в свою очередь, выявляют характеристики материалов или конструкций. Специалисты по компьютерному моделированию на основе этих данных моделируют разные варианты развития событий в условиях открытого космоса, описывают процессы, представление о которых невозможно получить в лабораторных условиях. Принципиально важно то, что данные экспериментов и моделирования взаимно дополняют друг друга.
«Главная задача нашего коллектива — исследовать взаимодействие Международной космической станции с космическим мусором, а также изучить, как меняются свойства материалов. При больших скоростях они трансформируются, становятся иными, нежели при обычных нагрузках, например сплавы начинают вести себя как жидкости. Создание компьютерных моделей позволит понять, как ведут себя сложные конструкции из перспективных материалов», — поясняет кандидат физико-математических наук Станислав Павлович Батуев.
Что же касается иллюминаторов, то стекло, из которого они выполнены, материал очень капризный. С одной стороны, он очень хрупкий, с другой — стекло обладает большой откольной прочностью (устойчивостью к ударным нагрузкам).
Исследователи моделировали ситуации взаимодействия иллюминатора с космическим мусором разной массы, летящим с разной скоростью. Это позволило им описать, что именно в таких ситуациях происходит с иллюминатором: могут образовывать трещины, сколы или даже отколоться целые куски стекла, а образовавшая трещина может привести к разрушению всего иллюминатора.
В ИФПМ СО РАН достигнуты значительные успехи по совершенствованию технологии сварки трением с перемешиванием, применяемой для соединения различных металлов и сплавов в интересах аэрокосмической отрасли; с ее помощью можно сваривать большие конструкции, состоящие из отдельных элементов. Получаемые сварные соединения имеют высокие характеристики прочности.
