Инженеры Московского авиационного института разработали программный алгоритм, который помогает подбирать параметры тепловой защиты космических аппаратов для многоразовых полетов и посадок на другие планеты. Система рассчитывает необходимую толщину защитных материалов и определяет, где их лучше разместить на корпусе. Это позволит ускорить предварительные расчеты при проектировании межпланетных кораблей.
Тепловая защита — одна из сложнейших задач при создании космической техники. При входе в атмосферу аппарат испытывает интенсивный нагрев, а условия торможения и посадки различаются в зависимости от небесного тела.
На Марсе разреженная атмосфера затрудняет аэродинамическое торможение, но при входе в нее корабль все равно подвергается значительным тепловым нагрузкам. На Венере ситуация еще сложнее: плотная атмосфера вызывает сильный нагрев и перегрузки, а при снижении быстро растет давление. Дополнительную опасность представляют капли серной кислоты в облачном слое, способные воздействовать на материалы аппарата.
Разработанный в МАИ комплекс учитывает состав и плотность атмосферы, скорость и траекторию полета, продолжительность нагрева, свойства защитных материалов и прочность конструкции. Для расчета инженеру достаточно загрузить трехмерную модель аппарата и задать траекторию его движения. Программа подберет параметры теплозащиты с учетом условий конкретной миссии.
Работоспособность алгоритма проверили экспериментально. Исследователи изготовили многослойные панели, имитирующие тепловую защиту крыла космического корабля, и испытали их в вакуумной камере. В ходе экспериментов воспроизводили, в частности, условия, характерные для возвращаемых аппаратов при входе в плотные слои атмосферы Венеры.
По данным разработчиков, расхождение между результатами расчетов и экспериментальными измерениями не превысило 1,5%. Это подтвердило точность примененного метода в проведенных испытаниях.
В дальнейшем команда планирует расширить возможности комплекса, добавив расчеты систем активной теплозащиты, которые могут принудительно отводить тепло или изменять теплопроводность материалов. В перспективе разработку также рассматривают для интеграции в бортовые компьютеры межпланетных кораблей, чтобы корректировать режим посадки с учетом фактических условий.
Читайте также:
Ученые смоделировали, как ядерный взрыв может спасти Землю от астероида
Взрыв сверхновой Кеплера произошел 422 года назад, но его следы видны до сих пор