Многослойная броня — новая защита для космических аппаратов

Ученые выяснили, что защитные экраны из нескольких слоев с промежутками между ними лучше защищают спутники от космического мусора, чем сплошные металлические пластины.

Например, если обломки летят со скоростью 10–15 километров в секунду, сплошные экраны разрушаются полностью, а многослойные сохраняют до 20% своей структуры. Эти данные помогут улучшить защиту спутников и продлить их срок службы.

Исследование поддержал Российский научный фонд, а его результаты опубликовали в журнале Acta Austronautica.

На орбите Земли становится все больше космического мусора: сейчас там больше 30 тысяч отслеживаемых объектов, включая обломки старых спутников и части ракет. Они опасны для работающих спутников, потому что летят со скоростью до 15 километров в секунду. Даже маленькая частица может пробить корпус спутника и вывести его из строя. Чтобы защитить спутники, используют специальные барьеры: либо сплошные (один толстый лист металла), либо многослойные с промежутками. Промежутки помогают рассеивать энергию удара и уменьшать разрушения. Сплошные барьеры полагаются только на свою толщину. Но до сих пор было неясно, какой тип защиты эффективнее.

Ученые из Томска с помощью компьютерного моделирования выяснили, какие экраны лучше справляются с защитой. Они смоделировали столкновение алюминиевых частиц размером 3,2–5 миллиметров, летящих со скоростью 3–15 километров в секунду, с разными типами экранов. Алюминий выбрали, потому что он часто используется в космических аппаратах.

Результаты показали: многослойные экраны защищают лучше. Например, при скорости 3 километра в секунду сплошные экраны пропускали крупные обломки, а многослойные разбивали их на мелкие части. Размер осколков уменьшался на 40–60%. При скорости 7 километров в секунду многослойные экраны создавали менее опасное облако обломков. А при максимальных скоростях (10–15 километров в секунду) сплошные экраны разрушались полностью, а многослойные сохраняли до 20% своей структуры.

Многослойные экраны повысят надежность спутников, снизят затраты на их обслуживание, продлят срок службы и уменьшат риск поломок. Они особенно полезны для спутников на низких орбитах, где больше мусора. Например, спутники связи, которые обеспечивают интернет, работают на таких орбитах и нуждаются в усиленной защите. Наш метод моделирования также позволяет изучать другие материалы, чтобы создавать легкие и прочные защитные конструкции для космоса, — говорит Павел Радченко, руководитель исследования, доктор наук, профессор из Томска.

Ранее ученые заявили, что часть космического мусора послужит на благо человечеству.

Фото: исследователи за работой. Слева направо: к.ф.-м.н. Станислав Батуев, д.ф.-м.н. Андрей Радченко, д.ф.-м.н. Павел Радченко. Источник: Павел Радченко.

20.02.2025