Инженеры Даляньского технологического университета предложили защитную конструкцию для космических аппаратов, вдохновлённую формой яичной скорлупы. В компьютерных моделях и испытаниях напечатанных на 3D-принтере образцов такие алюминиевые ячейки, заполненные водой, помогали эффективнее гасить энергию удара.
Проблема космического мусора становится всё заметнее для спутников и пилотируемых миссий. По приведённой авторами оценке, вокруг Земли находится около миллиона фрагментов размером более 1 см. Каждый из них движется примерно со скоростью 17 400 миль в час — около 28 000 км/ч, поэтому даже небольшой объект способен представлять опасность при столкновении.
Исследование команды под руководством инженера Юйсиня Вана опубликовано в Journal of Applied Physics. Авторы рассматривают бионическую метаструктуру: между двумя алюминиевыми пластинами размещаются тонкостенные элементы, повторяющие геометрию скорлупы яйца.
Почему массив прочнее отдельной «скорлупы»
Одиночная яичная скорлупа легко разрушается от локального воздействия, однако в массиве отдельные элементы деформируются совместно. Как пояснил Юйсинь Ван, такая конструкция распределяет энергию удара по большей площади, а не концентрирует её в одной точке.
Особенно заметный эффект дали элементы, заполненные водой. Вода внутри алюминиевых оболочек дополнительно ослабляла ударные волны, возникающие при столкновении.
Что показали испытания и моделирование
Команда сравнила стандартные алюминиевые пластины, заполненные водой алюминиевые сферы между плоскими пластинами и новые массивы яйцеобразных оболочек. Инженеры использовали компьютерное моделирование и образцы, изготовленные методом 3D-печати.
Наиболее эффективными оказались заполненные водой элементы, размещённые между пластинами: они снижали скорость снаряда почти на 65%. Для одних только алюминиевых пластин этот показатель составил 51%.
В оптимизированных вариантах конструкции яйцеобразные элементы располагали вертикально — так, чтобы их суженный конец соприкасался с верхней алюминиевой пластиной. Авторам ещё предстоит подобрать параметры заполнения, общую геометрию, толщину металла и соотношение размеров элементов.
Работа показывает, что лёгкие бионические метаструктуры могут стать одним из подходов к защите от высокоскоростных столкновений на низкой околоземной орбите. Однако технология находится на стадии исследований: её параметры ещё требуют оптимизации, а о практическом применении на спутниках или космических кораблях пока не сообщается.
