НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Файл статьи: SE-BMSTU...o142.pdf (991.93Кб)

УДК 629.7

Россия,  МГТУ им. Н.Э. Баумана

За истекшее со времени запуска первого искусственного спутника Земли в около-земном космическом пространстве накопилось большое количество космического мусора. Этот мусор состоит: из отработавших свой срок космических аппаратов, последних сту-пеней ракет носителей и разгонных блоков, технологического мусора, состоящего из эле-ментов конструкций, отделяющихся при раскрытии солнечных батарей, антенн и др., а также при расстыковке разгонного блока и космического аппарата. Весь  космический мусор разделяется на наблюдаемый, размером более 100 мм и не наблюдаемый. В случае возможной встречи с наблюдаемым космическим мусором проводится маневр уклонения от встречи. Хуже дело обстоит с не наблюдаемым космическим мусором, его размеры ко-леблются в интервале от 100 мм до нескольких микрон. Этот мусор образуется в результа-те взрывов неработающих космических объектов и при столкновении  фрагментов разру-шенных космических аппаратов между собой. Этот мусор движется по произвольным траекториям с различными скоростями.
При столкновении космического аппарата с фрагментами мелкого космического му-сора возможны различные последствия: аппарат может сразу выйти из строя, получить повреждения, которые скажутся позднее и повреждения,  не причиняющие вреда аппара-ту.   В любом случае встреча космического аппарата с частицами мелкого космического мусора не желательна.  Для защиты используют защитные экраны, защищающие  косми-ческий аппарат от поражения  используют  защитные экраны. Разработка конструкции экранов осложняется тем, что провести натурные  испытания  экранов в космосе не возможно, из-за высокой стоимости запуска. Все работы ведутся в лабораторных условиях, при частицах, имеющих скоростях соударения не более 10 км/с  (возможны скорости до 20 км/с) и частицах, имеющих форму сферы диаметром 0,8…3 мм.
Для изготовления экранов используются  различные материалы: листовой алюми-ний, трехслойные панели, металлическая сетка, металлическая пена и тканые материалы (бронеткань). По своей конструкции рассматриваются экраны однослойные (из листового металла или трехслойных материалов)  и многослойные.  Как показывают эксперимен-тальные исследования, однослойный экран в состоянии защитить при скоростях соударе-ния менее 4…5 км/с, при  больших скоростях частицы их пробивают. В результате про-боя образуется облако, состоящее из фрагментов, разрушившейся частицы, и осколков, отколовшихся от преграды.  Для надежной защиты применяются многослойные панели.  Конструкция защитного экрана состоит из двух панелей. Первая – многослойная, вторая однослойная. Задача первой панели максимально фрагментировать частицу и снизить ее скорость. Вторая панель защищает конструкцию от облака осколков, образовавшихся в результате пробоя первой панели.  Подобная конструкция защитного экрана установлена на европейском модуле «Коламбус», входящем в МКС  и транспортном корабле ATV.  Экран состоит из» алюминиевого листа, толщиной 2,мм; наполнителя -  Кев-лар+Nextel+эпоксидная смола, теплоизоляции; вторая панель алюминиевый лист толщи-ной 3 мм.
Моделирование и эксперименты показывают высокую эффективность стальной  сетки, как защитного экрана. Конструкция космических аппаратов  в основном состоит из алюминиевых сплавов,  следовательно, космический мусор из того же материала. При встрече со стальной сеткой происходит торможение и разрушение частицы. Поэтому раз-рушающая способность частицы значительно падает. Вторым  слоем, противостоящим  ударному воздействию высокоскоростных частиц,  является вспененный металл (пеноа-люминий), успешно применяющийся в автомобилестроении. Бронеткань (типа Кевлар)  способна защитить от воздействия осколочного облака.

1. Возможности и средства оценки повреждений космических аппаратов. 2012 // Необычный: Необычный портал о необычных вещах. Режим доступа:h ttp://unnatural.ru/damages-assessment (дата обращения 01.04.2015).
2. Как NASA управляет МКС для избежания столкновений с космическим му сором. 2013 // GT : сайт. Режим доступа: http://geektimes.ru/post/188286/ (дата обращения 05.04.2015).
3. Распределение космического мусора. Часть I // Необычный: Необычный портал о необычных вещах. Режим доступа: http://unnatural.ru/debris-distribution (дата обращения 13.03.2015).
4. Anghileri M., Castelletti L.-M.L., Invernizzi F., Mascheroni M., Pigoli F. Development of Orbital Debris Impact Protection Panels // 5^thEuropean LS-DYNA Users Conference. Methods and Techniques. 2005. Available at: http://www.dynalook.com/european-conf-2005 , accessed 01.05.2015.
5. Возможности применения пеноалюминия // ЭКАТ: сайт компании. Режим доступа: http://ekokataliz.ru/penomaterialyi/baza-znaniy/penometallyi/vozmozhnosti-primeneniya-penoalyuminiya/ (дата обращения 02.03.2015).
6. Пашков С. Моделирование пробития сеточных преград высокоскоростными частицами. 2011. Режим доступа: http://ps300.narod.ru/fr3d/fobos.htm (дата обращения 02.03.2015).
7. Кобылкин И.Ф., Селиванов В.В. Материалы и структуры легкой бронезащиты. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2014. 191 с.
8. Gade A., Miller A. ESABASE2 / Debris Release 6.0. Technical Description. PC Version of DEBRIS Impact Analysis Tool. Gerhard Drolshagen , GmbH , 2013. 131 p .
9. Агеев А.И., Ахметханов Р.С., Гаденин М.М. и др. Гл. 9. Объекты ракетно-космического комплекса // Высокотехнологичный комплекс и безопасность России. Проблемы обеспечения безопасности оборонно-промышленного комплекса России. Т. 11. Разд. II. М.: Институт экономических стратегий, 2005. С . 59-130.
10. Зеленцов В.В. Проблемы мелкого космического мусора // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2015. № 4. С. 89-104. DOI: 10.7463/0415.0764904
11. Герасимов А.В., Пашков С.В., Христенко Ю.Ф. Защита космических аппаратов от техногенных и естественных осколков, эксперимент и численное моделирование // В естник Томского Государственного университета. Математика и механика . 2011. № 4 (16). С . 70-78.
12. Ryan S., Christiansen E.L. NASA / TM - 2009-000000 .   Honeycomb vs .   Foam :   Evaluating   a   Potential Upgrade   to ISS Module Shielding   for   Micrometeoroids   and   Orbital Debris . NASA, 2009.
13. Destefanis R., Amerio E., Briccarello M., Belluco M., Faraud M., Tracino E., Lobascio C. Space environment characterisation of Kevlar®: good for bullets, debris and radiation too // Universal Journal of Aeronautical & Aerospace Sciences. 2014. Vol. 2. P. 80-113.
14. Destefank D., Lambert M., Sch fer F., Drolshagen G., Francesconi D. Debris shielding development for the ATV integrated cargo carrier // Proceedings of the 4th European Conference on Space Debris (18-20 April 2005, ESA/ESOC, Darmstadt, Germany). Europeans Space Agency, 2005. P. 453-458. Режим доступа :http://adsabs.harvard.edu/full/2005ESASP.587.. 453 D (дата обращения 10.03.2015).
15. Putrar R., Sch fer F., Rombery O., Lambert M. Vulerability of shielded pipes and heat pipes to hypervelocity impacts // Proceedings of the 4th European Conference on Space Debris (18-20 April 2005, Darmstadt, Germany). Europeans Space Agency, 2005. P. 459-464. Available at: http://adsabs.harvard.edu/full/2005ESASP.587..459P , accessed 10.03.2015.
16. Р оссийские учёные придумали самозалечивающееся покрытие для космических кораблей. 2009 // Федеральное космическое агентство (Роскосмос): сайт. Режим доступа:http :// www . federalspace .ru/6061/ (дата обращения 03.06.2015).
17. Малкин А.И., Занозин В.М., Топоров Ю.П., Кононенко М.М., Шумихин Т.А. Разработка новой концепции защиты космических аппаратов от метеороидов и космического мусора на основе использования активных композиционных материалов: отчет о НИР / Институт физической химии и электрохимии им. А . Н . Фрумкина . М ., 2007.