Защитить корабль поможет математика

9

Томичи работают на космос

Ученые Томского научного центра СО РАН в кооперации с коллегами из Томского госуниверситета, Института физики металлов Уральского отделения  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 Сергей ЗЕЛЕПУГИН, руководитель отдела структурной макрокинетики ТНЦ СО РАН. – 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 УрО РАН под руководством старшего научного сотрудника Александра 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 Романа Черепанова, научного сотрудника НИИ ПММ ТГУ). 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