Сегодня - 17.10.2018

Защитить космический корабль поможет математика

12 апреля 2018
 
Ученые Томского научного центра СО РАН в кооперации с коллегами из Томского госуниверситета, Института физики металлов УрО РАН и Харбинского инженерного университета ведут работы по созданию методов защиты поверхности космических аппаратов от повреждений, моделированию условий возникновения подобных чрезвычайных ситуаций на орбите и формированию нового перспективного класса слоистых материалов для авиа- и ракетостроения. Этот проект получил финансовую поддержку Российского научного фонда.
 
Космос — это очень агрессивная среда, находясь в которой автоматические и пилотируемые аппараты постоянно подвергаются опасности. Любая встреча с крупным осколком техногенного происхождения может стать причиной серьезной аварии, а столкновение с мелкими частицами космического мусора и метеорных тел (даже если размер объекта на наш взгляд ничтожно мал — это какие-то доли миллиметра) может привести к повреждениям поверхности аппарата и сбоям в работе оборудования на его борту. Поэтому одна из приоритетных задач — исключить подобные ситуации, обеспечив надежность всех элементов и конструкций аппарата.
 
— Одно из направлений, которое активно развивается в ходе выполнение гранта, это создание уникальных слоистых материалов, — рассказывает руководитель отдела структурной макрокинетики ТНЦ СО РАН доктор физико-математических наук Сергей Алексеевич Зелепугин. — Чем-то по своему строению они напоминают оболочки морских раковин, главный принцип — это чередование слоев интерметаллидов, способных задерживать крошечные летящие частицы, и слоев титанового сплава.
 
В Институте физики металлов им. М.Н. Михеева УрО РАН под руководством старшего научного сотрудника кандидата физико-математических наук Александра Михайлович Пацелова была создана экспериментальная установка, позволяющая проводить синтез подобных материалов. Уже достигнуты первые успехи — получены образцы подобных слоистых материалов, имеющие высокий уровень прочности.
 
Следует отметить, что эта научная тематика активно развивается в Китае: в Харбинском инженерном университете добились синтеза многослойных материалов с добавлением нановолокон, что положительно влияет на их прочностные свойства.
 
— Значимую роль в процессе создания новых материалов играет именно математическое моделирование, — отметил С.А. Зелепугин. — Мы тесно взаимодействуем с российскими и китайскими партнерами, которые работают в этом направлении. Применение программных комплексов и моделей, созданных в ТНЦ СО РАН, помогает ученым подобрать оптимальные толщины слоев.
 
Настоящим прорывом можно считать создание объединенного программного комплекса, который включает несколько численных методов и позволяет описывать все стадии поведения сплошной среды в процессе высокоскоростного нагружения и разрушения. Эти работы ведутся под руководством старшего научного сотрудника лаборатории прочности отдела механики деформируемого твердого тела Научно-исследовательского института прикладной математики и механики ТГУ кандидата физико-математических наук Романа Олеговича Черепанова. В основе нового объединенного программного комплекса, способного справиться с этой задачей, лежат несколько комплексов, созданных ранее специалистами ТНЦ СО РАН и ТГУ. Его применение позволит значительно повысить эффективность проводимых вычислительных экспериментов и лучше изучить поведение материалов в условиях открытого космоса.
 
— Одна из важнейших задач современной механики — это исследование проблемы удара группы тел по преграде: процесс множественного удара всегда был очень сложен для математического и физического моделирования, — поясняет Сергей Алексеевич. — Особенно это касалось стадии формирования потока осколков, их разлета и последующего взаимодействия. Ранее существовавшие модели не позволяли детально описать процесс взаимодействия потока осколков с поверхностью летательного аппарата.
 
Результаты, полученные объединенным научным коллективом, подтверждены патентами и получили признание как в России, так и за рубежом: в Англии, Португалии, Южной Корее, в Китае и США.
 
Ольга Булгакова, ТНЦ СО РАН
 
Поделись с друзьями: 
 

comments powered by HyperComments

Система Orphus