ИСТИНА

Разработать основные принципы создания спецматериалов для защиты космических аппаратов от последствий столкновения с мелкой фракцией космического мусора.

Since the launch of the first artificial satellite of the Earth, the ever-increasing activity of Mankind in space has led to the formation of a large amount of so-called “space debris” in near-Earth orbits, representing various objects of artificial origin and their fragments that were once launched into space, and by now have turned out to be passive and no longer carrying any payload. use, or collapsed for various reasons. These space objects, the total number of which is estimated in millions, having sizes from tens of microns to one meter, moving at orbital speeds and remaining in orbit for many years, have formed a new environment in near-Earth space above the stratosphere - a belt of “space debris”. Space debris already poses a significant threat to space flights and long-term orbital missions. After all, even a collision with a metal particle with a centimeter radius for a spacecraft is energetically equivalent to a collision with a car weighing 1 ton at a speed of 100 km/h. Therefore, today the protection of spacecraft from a possible collision with fragments of space debris is an urgent task. Protection from large fragments of space debris on the international Space Station occurs by correcting its orbit. Such a protection strategy requires the development of an effective model for forecasting and analyzing the movement of space debris, taking into account mutual collisions of space objects of various sizes. Protective screens are also used to protect against the effects of small space debris particles. Since small fragments penetrate deeply into the metal shell of the casing, thick metal screens are ineffective in terms of total weight, and preference is given to multilayer combined screens. A promising direction in this field is the use of cellular protective screens of relaxation type, consisting of protective casings filled with liquid. Recently, the role of using composite materials as spacecraft shells has increased. At the same time, in the case of perforation of such screens, their repair in outer space requires special approaches. The use of composites with a thermoplastic binder allows for thermal healing of damage in vacuum conditions.

Для космической техники актуально снижение веса конструкций. Наверное, единственный способ получить некоторый прогресс в снижении веса конструкций - это использование композитных материалов. Наиболее распространённые композитные материалы имеющие хорошие показатели в относительной к массе прочности основаны на эпоксидных связующих. Такие полимерные связующие относятся к классу реактопластичных полимеров. При их отверждении происходит процесс полимеризации, который не завершается при производстве до конца. Готовый материал полимеризуется дальше, даже при эксплуатации изделия. Проблема в том, что при данном процессе выделяется специфический газ, который нежелателен в открытом космосе. Другая проблема - это невозможность ремонта такого материала. В случае поломки, например, столкновение с космическим мусором, в случае ответственного соединения придется использовать либо клепаное соединение, либо менять весь конструкционный элемент. Данный факт довольно затруднителен в условиях космоса. Обе проблемы решает использование термопластичного связующего в композитном материале. Термопластичные полимеры имеют законченный характер реакции отверждения и не производят никаких выделений в процессе эксплуатации. Более того, они имеют кристаллическую структуру и позволяют осуществлять сварку. Что означает возможность ремонта конструкций. Таким образом использование композитов на основе термопластичного связующего, по видимому, единственный путь снижения веса космических аппаратов на данном этапе развития техники. Проектом предусмотрено: 1. Изучить перспективы использования термопластичного связующего в композитном материале для применения в космосе. Разработать термодинамическую модель залечивания поврежденных композитных конструкций в условиях околоземного космического пространства. 2. Разработать модель высокоскоростного взаимодействия фрагментов с защитными сотовыми конструкциями релаксационного типа с детальным изучением перераспределения кинетической энергии ударника между конструкцией и флюидами защитного экрана, который может служить эффективной защитой для космических аппаратов при столкновении с мелкими фрагментами космического мусора.

На основании разработанной модели высокоскоростного взаимодействия фрагментов с защитными сотовыми конструкциями релаксационного типа выработаны рекомендации о базовых принципах конструкции экрана и характеристиках флюида-наполнителя (упругости, молярной массы, плотности и др.). Установлено, что увеличение плотности флюида-наполнителя приводит к увеличению эффективности защитного экрана с точки зрения торможения фрагментов ударника и перераспределения энергии удара по всей внутренней поверхности контейнера. Изменение показателя адиабаты флюида-наполнителя мало влияет на эффективность защитной сотовой конструкции. Применение облегченных композиционных контейнеров вместо цельнометаллических также существенно не снижает эффективности защитной сотовой конструкции. Показано, что зависимость баллистической предельной толщины экрана от безразмерного параметра скорости удара не является монотонной и имеет локальный максимум в зоне начала необратимых деформаций снаряда. При малых значениях безразмерного параметра скорости удара зависимость описывается как корень квадратный, а при больших значениях скорости удара зависимость близка к линейной. Локальный максимум кривой баллистической предельной толщины увеличивается с увеличением безразмерной длины снаряда и уменьшается с уменьшением длины. При малом удлинении снаряда менее 0,5 максимум исчезает и зависимость становится монотонной. Увеличение отношения плотностей материала ударника и экрана приводит к росту локального экстремума на кривой толщины баллистического предела пробития, а уменьшение плотности ударника делает локальный максимум пренебрежимо малым. Таким образом, для ударников низкой плотности кривая баллистического предела практически монотонна. Баллистическая предельная скорость увеличивается в зависимости от отношения толщины экрана к диаметру ударного элемента. Рост не монотонный. Баллистическая предельная скорость резко возрастает в определенной зоне

На основании разработанной модели высокоскоростного взаимодействия фрагментов с защитными сотовыми конструкциями релаксационного типа выработать рекомендации о базовых принципах защиты космических аппаратов при высокоскоростном соударении с фрагментами космического мусора и типах специальных материалов, которые могут быть использованы для этой цели. Также предполагается исследовать перспективы использования термопластичного связующего в композитном материале для применения в космосе в качестве восстанавливаемой композитной конструкции после перфорации при высокоскоростном ударе.