«Алюминиевые яйца» с водой защитили от космического мусора лучше сплошного металла

Специалисты из Даляньского технологического университета (КНР) спроектировали инновационный облегченный экран для защиты космической техники, заимствовав природную геометрию птичьего яйца. Система представляет собой ряд полых алюминиевых капсул с водяным наполнением, заключенных между двумя металлическими пластинами. Во время столкновения модули поочередно сминаются, эффективно гася кинетический импульс и перераспределяя колоссальную нагрузку по всей площади модуля.

Актуальность подобных разработок стремительно возрастает на фоне засорения околоземного пространства. Согласно статистике NASA за 2021 год, на орбите циркулирует свыше 34 000 крупных обломков (превышающих 10 см), около 900 000 фрагментов среднего размера (от 1 до 10 см) и порядка 128 миллионов микрочастиц размером менее сантиметра. Из-за колоссальной скорости движения даже крошечный фрагмент способен нанести критический ущерб аппаратуре. Хрестоматийный пример — инцидент 2007 года, когда космический мусор насквозь прошил радиатор американского шаттла Endeavour.

Традиционным методом защиты до сих пор остаются экраны Уиппла, состоящие из удаленной от корпуса тонкой внешней преграды. Предполагается, что при ударе мусорный фрагмент распыляется на мелкие части, а энергия удара нивелируется на большой площади. Новая разработка эволюционирует эту концепцию, заменяя стандартные слои сложной пространственной матрицей.

Хотя отдельная оболочка уязвима к точечному воздействию, их совокупность демонстрирует синергетический эффект. При столкновении элементы деформируются каскадным методом, предотвращая концентрацию разрушительной энергии в эпицентре. Как поясняет один из авторов проекта, Юйсинь Ван, подобная архитектура трансформирует локальный удар в равномерно рассеянное поглощение импульса.

Наличие воды внутри алюминиевых капсул выводит защитные свойства на новый уровень. В момент баллистического удара жидкость приходит в движение, активно давит на стенки резервуара, демпфирует ударную волну и способствует диссипации энергии. В ходе испытаний с использованием баллистической установки и цифрового моделирования ученые сопоставили монолитную алюминиевую плиту, сферы с водой и новую матрицу из «ячеечных» капсул. Последняя продемонстрировала превосходные показатели, уменьшив скорость снаряда на рекордные 65% против 51% у цельнометаллического аналога.

На эффективность также влияет пространственная ориентация элементов: максимальный результат показала схема, где суженные части обращены наружу и подпирают фронтальную пластину. В планах исследовательской группы — дальнейшая оптимизация геометрии, толщины стенок и компоновки элементов для достижения максимальной ударопрочности при минимальном весе конструкции.

Источник: iXBT