Инженеры проанализировали перспективные методы защиты космических аппаратов и пришли к выводу, что спасением от растущего облака орбитального мусора станут напечатанные на 3D-принтере металлические решетки со встроенной «кинетической губкой». Такая броня не только на 70% легче традиционных экранов, но и дополнительно защищает электронику от радиации.
Околоземная орбита давно перестала быть безмятежной пустотой. Сегодня это высокоскоростной тир, где у каждого аппарата есть два главных врага: природа и человечество.
Поддержать нас на Boosty
Поддержать нас на Дзен
Первый враг — микрометеориты, крошечные обломки астероидов и комет. Они прилетают преимущественно из глубокого космоса на безумных скоростях до 72 километров в секунду относительно корабля. Второй, куда более назойливый неприятель — орбитальный мусор. Мертвые спутники, обломки ступеней и даже микроскопические чешуйки краски носятся вокруг Земли на скоростях до 15 км/с. Рукотворный мусор безраздельно доминирует на рабочих высотах от 270 до 4800 километров. При таких скоростях даже песчинка обладает кинетической энергией пули и способна прошить обшивку, превратив дорогостоящую электронику в бесполезный хлам.
Учитывая, что на орбите уже работают тысячи аппаратов связи, а в ближайшие годы планируется запуск еще сотен тысяч новых спутников, риск столкновений растет в геометрической прогрессии. Угроза синдрома Кесслера (цепной реакции, когда обломки от одних аварий порождают новые) заставляет аэрокосмических инженеров пересматривать подходы к выживаемости миссий.
Исторически индустрия опиралась на щит Уиппла, придуманный астрономом Фредом Уипплом еще в 1940-х годах. Идея поэтична в своей простоте: перед основным корпусом спутника устанавливается тонкий «жертвенный» лист алюминия. При ударе снаряд и часть листа мгновенно испаряются, превращаясь в облако плазмы и мелких осколков. К моменту, когда это облако достигает основной брони корабля, его кинетическая энергия размазывается по большой площади, и корпус остается цел.
Со временем щит Уиппла модифицировали: промежутки между стенками стали набивать кевларом и керамическими тканями вроде Nextel, чтобы эффективнее улавливать осколки. Но у этого подхода есть суровый предел — масса. Каждый лишний килограмм брони съедает полезную нагрузку. Чем тяжелее защита, тем меньше научных приборов или топлива можно взять на борт.
В новом обзоре, препринт которого опубликован на сервере arXiv, исследователь из Бременского университета Бинкал Кумар Шарма (Binkal Kumar Sharma) и независимый ученый Харшита Баскар (Harshitha Baskar) систематизировали самые перспективные разработки в области космического материаловедения. По их мнению, будущее за многофункциональной «умной обшивкой», которая создается с помощью аддитивных технологий.
Авторы предлагают отказаться от классических алюминиевых конструкций в пользу металлической решетки, напечатанной на 3D-принтере методом лазерного сплавления порошка (LPBF) Топологическая оптимизация такой сложной ячеистой структуры позволяет снизить массу защитного экрана на внушительные 70%, полностью сохранив его прочностные характеристики.
Однако сама по себе решетка лишь дробит снаряд. Весь фокус кроется в наполнителе. Между слоями металла инженеры предлагают укладывать листы сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ / UHMWPE)[. В этой конструкции полимер работает как «кинетическая губка»: после того как внешний слой металла разбивает летящий объект в пыль, пластик впитывает и рассеивает остаточную энергию осколков, не давая им добраться до жизненно важных систем.
Просто останавливать удары для современной космонавтики уже слишком расточительно. Если добавить в полимер специальные присадки — чешуйки природного графена и карбид бора — броня приобретает новые суперспособности. Такой композит начинает работать не только как бампер, но и как отличный теплоизолятор и радиационный щит. Одно решение закрывает сразу три критические проблемы орбитального полета.
Масштабное загрязнение ближнего космоса — реальность, с которой мы пока не умеем эффективно бороться. И судя по всему, пока человечество не изобретет надежный орбитальный мусоровоз, нашим многомиллионным исследовательским зондам придется выходить на орбиту, заковавшись в высокотехнологичную композитную броню. Иначе есть риск бесславно погибнуть от случайной встречи с кусочком старой облупившейся краски.
Поддержать нас на Boosty
Поддержать нас на Дзен
Читайте также: Синдром Кесслера: кризис в космосе усугубляется из-за тысяч спутников
Комментировать можно ниже в разделе “Добавить комментарий”.