Китайские ученые создали защиту космических аппаратов по образцу яичной скорлупы
Китайские ученые создали необычную защиту для космических аппаратов: между алюминиевыми пластинами они разместили заполненные водой оболочки, напоминающие яичную скорлупу. Такая конструкция лучше поглощает энергию удара и может защитить аппараты от космического мусора.
МОСКВА, 9 сентября /Новости науки/. Китайские ученые разработали защитную конструкцию для космических аппаратов из заполненных водой алюминиевых элементов, повторяющих форму яичной скорлупы. Об этом говорится в статье, опубликованной в Journal of Applied Physics.
«Одна яичная скорлупа легко разбивается под действием локальной силы, однако механизм защиты массива яичных скорлуп совершенно иной. Совместная деформация этих элементов скорлупы преобразует локальную ударную нагрузку в распределенное рассеивание энергии по всей метаструктуре, тем самым значительно повышая противоударные характеристики защитных пластин», — заявил один из авторов исследования.
Предложенная конструкция состоит из расположенных между двумя алюминиевыми пластинами полых элементов, повторяющих форму яичной скорлупы и заполненных водой. При ударе энергия не концентрируется в одном таком элементе: скорлупы последовательно сминаются и деформируются, благодаря чему энергия постепенно рассеивается по всей конструкции.
Дополнительную роль играет находящаяся внутри элементов вода. При сильном ударе она приходит в движение и препятствует распространению ударных волн. Взаимодействие воды и алюминиевой оболочки позволяет уменьшить и рассеять энергию удара.
Исследователи сравнили несколько вариантов конструкции: обычные алюминиевые пластины, заполненные водой алюминиевые сферы между двумя пластинами и систему из элементов в форме яичной скорлупы. Наилучший результат показала конструкция с заполненными водой «скорлупами».
Такая система снизила скорость ударяющегося о нее снаряда почти на 65%, тогда как одни алюминиевые пластины уменьшили ее на 51%. Среди вариантов расположения элементов наиболее эффективной оказалась конструкция, в которой они стояли вертикально, а их узкие концы соприкасались с верхней пластиной.
Авторы отмечают, что перед возможным применением такой конструкции в качестве легкой защиты космических аппаратов необходимо дополнительно оптимизировать ее геометрию, наполнение и провести дальнейшие испытания. Исследователи работают над подбором толщины алюминиевых оболочек, их пропорций и расположения, чтобы повысить способность системы поглощать энергию.
Разработка предназначена для защиты от космического мусора, который представляет угрозу для аппаратов на околоземной орбите из-за высокой скорости столкновений. По данным, приведенным в материале, на околоземной орбите находится почти 1 млн фрагментов мусора размером более 1 см.
«Одна яичная скорлупа легко разбивается под действием локальной силы, однако механизм защиты массива яичных скорлуп совершенно иной. Совместная деформация этих элементов скорлупы преобразует локальную ударную нагрузку в распределенное рассеивание энергии по всей метаструктуре, тем самым значительно повышая противоударные характеристики защитных пластин», — заявил один из авторов исследования.
Предложенная конструкция состоит из расположенных между двумя алюминиевыми пластинами полых элементов, повторяющих форму яичной скорлупы и заполненных водой. При ударе энергия не концентрируется в одном таком элементе: скорлупы последовательно сминаются и деформируются, благодаря чему энергия постепенно рассеивается по всей конструкции.
Дополнительную роль играет находящаяся внутри элементов вода. При сильном ударе она приходит в движение и препятствует распространению ударных волн. Взаимодействие воды и алюминиевой оболочки позволяет уменьшить и рассеять энергию удара.
Исследователи сравнили несколько вариантов конструкции: обычные алюминиевые пластины, заполненные водой алюминиевые сферы между двумя пластинами и систему из элементов в форме яичной скорлупы. Наилучший результат показала конструкция с заполненными водой «скорлупами».
Такая система снизила скорость ударяющегося о нее снаряда почти на 65%, тогда как одни алюминиевые пластины уменьшили ее на 51%. Среди вариантов расположения элементов наиболее эффективной оказалась конструкция, в которой они стояли вертикально, а их узкие концы соприкасались с верхней пластиной.
Авторы отмечают, что перед возможным применением такой конструкции в качестве легкой защиты космических аппаратов необходимо дополнительно оптимизировать ее геометрию, наполнение и провести дальнейшие испытания. Исследователи работают над подбором толщины алюминиевых оболочек, их пропорций и расположения, чтобы повысить способность системы поглощать энергию.
Разработка предназначена для защиты от космического мусора, который представляет угрозу для аппаратов на околоземной орбите из-за высокой скорости столкновений. По данным, приведенным в материале, на околоземной орбите находится почти 1 млн фрагментов мусора размером более 1 см.
