Броня для космических аппаратов

Группа учёных НИИ прикладной математики и механики Томского госуниверситета (НИИ ПММ ТГУ) очень внимательно следила за запуском «Фобос-грунта» в космос, ведь почти год они работали над тем, как защитить аппарат от космического мусора.

 «Мы очень гордились тем, что поучаствовали в такой крупной работе. Но нашей вины в неисправностях «Фобоса» нет, – рассказывает Александр Герасимов, руководитель научной группы, заведующий отделом НИИ ПММ. – Почему аппарат не долетел? Там стоит разгонный блок, который разгоняет аппарат до второй космической скорости. И этот блок не включился, видимо, произошёл какой-то сбой в программном обеспечении. Причём система работает, баки заполнены, движки даже постоянно поддерживают аппарат на нужной орбите».

Исследования томичей по «Фобос-грунту» представляли собой тестирование своеобразной «брони» для космического аппарата. Ещё в 1947 году американский учёный Уиппл выдвинул теорию о том, что перед корпусом аппарата можно закреплять тонкую пластинку. Тогда мелкие частички космического мусора, налетая на неё, начинают дробиться на облако более мелких составляющих. В дальнейшем это облако распыляется, и поверхность аппарата остаётся неповреждённой. Но в случае с космическим агрегатом есть весовые ограничения: его нельзя защитить слишком толстым и тяжёлым щитом, поэтому учёным пришлось придумывать варианты.

 «Мы рассматривали несколько типов защиты, один из них – ставить пластинку из сетки, потому что она меньше по массе, к тому же проволока как бы режет частицу, разрушает её, – объясняет Александр Герасимов. – Заказчик просил изучить, как воздействуют на «броню» очень мелкие частицы – всего полмиллиметра в диаметре. Ведь если летит осколок размером с кулак – то мы уже ничего не можем сделать, наша защита предназначена для мелких осколков».

Сейчас вокруг Земли летает колоссальное количество обломков, деталей космических аппаратов, ступеней, разгонных блоков. Причём крупные частицы – до 10 сантиметров – ещё отслеживаются радиолокаторами, их можно зафиксировать. Но около 100 тысяч осколков в диаметре меньше сантиметра. Если такая «песчинка» летит со скоростью около 8 километров в секунду, то она обладает огромной кинетической энергией и может прошить корабль насквозь.

Отслеживать такие обломки сложно, к тому же их становится всё больше: недавно американцы проводили перехват спутников ракетами, китайцы тоже взрывали свои спутники, а все обломки, естественно, остаются в околоземном пространстве. Самые страшные последствия – если осколок пробьёт топливный бак, тогда космический аппарат становится бесполезен.

«Наша установка для получения космических скоростей в лабораторных условиях не была предназначена для метания таких маленьких осколков, поэтому нам пришлось создавать новые устройства для отсечки несущих ударник поддонов, чтобы летел только один маленький шарик и не летели сопутствующие элементы, – описывает Герасимов ноу-хау томской работы. – Бывает и такое, что частица определённой массы при скорости в один километр в секунду не пробивает защиту, при скорости от 2 до 3 км – пробивает, а после трёх – опять не пробивает, потому что сама частица начинает плавиться и испаряться. Поэтому нас интересовали скорости от 2 до 3,5 километров в секунду».

В процессе работы учёные варьировали разные параметры: толщину сеток и пластин, расстояние между ними, массу, прочность, угол подхода частиц, скорости и многое другое. В итоге пришли к заключению, что разнесённые сеточки работают более эффективно. Придумали томичи и ещё один улучшенный вариант защиты, который очень заинтересовал заказчиков, но применить его на «Фобос-грунте» не успели. Впрочем, это не последняя работа НИИ ПММ с «НПО им. Лавочкина», так что ноу-хау вряд ли останется без применения.

Статья опубликована в газете Alma Mater, ТГУ

Татьяна Арсеньева