Анализ стойкости защитных конструкций космических аппаратов к высокоскоростному воздействию алюминиевых частиц орбитального мусора
Авторы: Колпаков В.И., Федоров С.В., Виноградова Е.П.
Опубликовано в выпуске: #3(147)/2024
DOI: 10.18698/2308-6033-2024-3-2344
Раздел: Авиационная и ракетно-космическая техника | Рубрика: Проектирование, конструкция и производство летательных аппаратов
В настоящее время проблема защиты космических аппаратов от воздействия частиц космического мусора может быть разрешена только с помощью применения защитных экранов, однако из-за массовых и размерных ограничений, накладываемых на космические аппараты, пока не представляется возможным создать такую систему экранной защиты, которая бы полностью устранила метеороидные риски. В статье на основе численного моделирования с использованием программы ANSYS / AUTODYN в рамках двумерных осесимметричных задач механики сплошных сред представлено сравнение эффективности защитных свойств одинаковых по массе однослойного экрана из алюминиевого сплава Al 6061-T6 с двухслойной зашитой, состоящей из бампера (экрана) из разных материалов (реакционных, пористых и композиционных), за которым следует зазор, ограниченный задней (основной) алюминиевой стенкой (корпусом). В процессе моделирования уточнены критерии разрушения взаимодействующих материалов и предельные баллистические кривые рассматриваемых преград. Выявлена степень негативного влияния алюминиевого бампера на характер пробития задней алюминиевой стенки двухслойного преграды. Показано, что защитные конструкции с бамперами из реакционных или пористых либо композиционных материалов обладают более высокой стойкостью, чем экраны, имеющие алюминиевые бамперы.
EDN ZADXPY
Литература
[1] Вениаминов С.С., Червонов А.М. Космический мусор — угроза человечеству. Москва, ИКИ РАН, 2012, 192 с.
[2] Шустов Б.М. О фундаментальных исследованиях по проблеме космического мусора. Всероссийская научная конференция с международным участием «Космический мусор: фундаментальные и практические аспекты угрозы». Москва, ИКИ РАН, 2019, с. 7–14.
[3] Назаренко А.И. Моделирование космического мусора. Москва, ИКИ РАН, 2013, 216 с.
[4] Новиков Л.С. Воздействие твердых частиц естественного и искусственного происхождения на космические аппараты. Москва, Университетская книга, 2009, 104 c.
[5] Зеленцов В.В. Проблемы мелкого космического мусора. Наука и образование: электронное научно-техническое издание МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2015, № 4, с. 89–104. DOI: 10.7463/0415.0764904
[6] Зеленцов В.В. Защита космического аппарата от воздействия фрагментов мелкого космического мусора. Наука и образование: электронное научно-техническое издание МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2015, № 6, с. 123–142. DOI: 10.7463/0615.0778339
[7] Christiansen E.L. Meteoroid / Debris Shielding. NASA TP-2003-210788 Johnson Space Center, Houston, Texas (USA), 2003, 99 p.
[8] Christiansen E.L. Handbook for Designing MMOD Protection. NASA JSC-64399 (Version A) Johnson Space Center, Houston, Texas (USA), 2009, 135 p.
[9] Christiansen E.L. Design and performances equations for advanced meteoroid and debris shield. International Journal of Impact Engineering, 1993, vol. 14, рp. 145–156.
[10] Whipple F.L. Meteorites and space travel. Astron J., 1947, vol. 52, pp. 132–137.
[11] Канель Г.И., Разоренов С.В., Уткин А.В., Фортов В.Е. Ударно-волновые явления в конденсированных средах. Москва, «Янус-К», 1996, 408 с.
[12] Канель Г.И., Разоренов С.В., Уткин А.В., Фортов В.Е. Экспериментальные профили ударных волн в конденсированных веществах. Москва, Физматлит, 2008, 248 с.
[13] Орленко Л.П., ред. Физика взрыва. В 2-х т. Т. 2. Изд. 3-е, испр. Москва, Физматлит, 2004, 656 с.
[14] Фомин В.М., ред. Высокоскоростное взаимодействие тел. Новосибирск, Изд-во СО РАН, 1999, 600 с.
[15] Wen K., Chen X.-w., Lu Y.-g. Research and development on hypervelocity impact protection using Whipple shield: An overview. Defence Technology, 2021, vol. 17, pp. 1864–1886.
[16] Герасимов А.В., ред. Высокоскоростной удар. Моделирование и эксперимент. Томск, Изд-во НТЛ, 2016, 568 с.
[17] Walters W.P., Zukas J.A. Fundamentals of Shaped Charges. New York, John Wiley & Sons Inc., 1989, 389 p.
[18] Колпаков В.И. Математическое моделирование функционирования взрывных устройств. Наука и образование: электронное научно-техническое издание МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2012, № 2, c. 1–36. URL: http://technomag.edu.ru/doc/334177.html
[19] Бабкин А.В., Колпаков В.И., Охитин В.Н., Селиванов В.В. Численные методы в задачах физики быстропротекающих процессов. 3-е изд. испр. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2021, 370 с.
[20] Silnikov M.V., Guk I.V., Nechunaev A.F., Smirnov N.N. Numerical simulation of hypervelocity impact problem for spacecraft shielding elements. Acta Astronautica, 2018, vol. 150, pp. 56–62.
[21] Жерноклетов М.В., ред. Методы исследования свойств материалов при интенсивных динамических нагрузках: Монография. 2-е изд. доп. и испр. Саров, ФГУП «РФЯЦ–ВНИИЭФ», 2005, 428 с.
[22] AUTODYN theory manual revision. Century Dynamics Inc. California, USA, 2005, 235 p.
[23] Фортов В.Е., ред. Ударные волны и экстремальные состояния вещества. Москва, Наука, 2000, 425 с.
[24] Малкин А.И., Занозин В.М., Кононенко М.М., Топоров Ю.П., Шумихин Т.А., Цивадзе А.Ю. Новая концепция защиты космических аппаратов от микрометеороидов и орбитального мусора. Доклады Академии наук, 2011, т. 436, № 4, с. 470–473.
[25] Бурылов Л.С., Копыл Н.И., Объедков М.Л., Пепелин В.С., Абашкин Б.И., Буслов Е.П., Семенов В.И., Фельдштейн В.А. Защитный экран космического аппарата от ударов техногенных частиц и метеороидов. Патент России RU 2591127 С2 (Заявка 2014135762/11, 03.09.2014), 2016, бюл. 19, 6 с.