|
Новый амортизатор для космических аппаратов
|
|
|
|
Запуск ракет — один из самых экстремальных способов перемещения, придуманных человечеством. Ракеты развивают тягу в миллионы фунтов и подвергают пассажиров воздействию высоких перегрузок. Чтобы выдержать такие перегрузки, люди должны пройти серьёзную подготовку, а машины должны быть сконструированы таким образом, чтобы выдерживать их. Если хрупкое зеркало или паяное соединение треснет ещё до того, как многомиллиардный спутник отправится в полёт, то годы усилий, потраченных на его проектирование и сборку, могут оказаться напрасными. Швейцарские исследователи придумали оригинальный способ снизить вероятность такого исхода.
|
|
|
|
Во время запуска ракеты спутник не просто свободно лежит в носовом обтекателе ракеты (его ещё называют головным обтекателем). Он крепится непосредственно к переходному узлу, известному как адаптер полезной нагрузки. Обычно это жёсткие механические крепления, предназначенные для того, чтобы космический аппарат не смещался во время полёта. Но из-за своей жёсткости они также отлично передают вибрации, особенно продольные, которые заставляют спутник раскачиваться вверх-вниз вместе с ракетой.
|
|
|
|
Именно такие нагрузки могут привести к поломкам, поэтому инженеры давно ищут способы снизить воздействие вибраций. Однако их решения были далеки от идеала: гигантские резиновые подушки (которые уже не раз подводили в космосе) или моторизованные демпферы, которые увеличивали вес полезной нагрузки ракеты.
|
|
|
|
|
|
|
Швейцарские исследователи из Швейцарской федеральной лаборатории материаловедения и технологий (Empa) и аэрокосмической компании Beyond Gravity обратились к совершенно иной технологии для создания нового адаптера полезной нагрузки — фононным кристаллам. Эти метаматериалы предназначены для управления, преломления или полного блокирования механических волн по аналогии с тем, как фотонные кристаллы управляют светом.
|
|
|
|
Исследователи создали прототип, который перенаправляет резкие вертикальные толчки во вращательное движение, передавая кинетическую энергию от вибрирующего корпуса ракеты подвижным алюминиевым кольцам. После передачи энергии толчки ослабевают, снижая нагрузку на внутренние системы спутников.
|
|
|
|
Спутники спроектированы так, чтобы выдерживать экстремальные условия запуска ракеты, поэтому любая технология, снижающая потребность в усилении их конструкции, является перспективной. Это, в свою очередь, увеличивает грузоподъёмность, снижая стоимость запуска или позволяя разместить на спутнике более полезную полезную нагрузку. Кроме того, это позволяет учёным запускать ещё более хрупкие приборы, например более тонкую оптику или чувствительные датчики квантовых компьютеров, которые в противном случае были бы повреждены из-за вибраций при запуске.
|
|
|
|
Предстоит проделать ещё много работы, прежде чем эти адаптеры получат широкое распространение. Компания Beyond Gravity подала заявку на патент на систему, которая прошла компьютерное моделирование и лабораторные стресс-тесты. Но это по-прежнему соответствует лишь уровню технологической готовности 4–5 по шкале NASA. Так что, хотя пройдет еще немало времени, прежде чем адаптеры с фононными кристаллами войдут в повседневную практику, их преимущества перед традиционными механическими системами очевидны. Если технология не столкнется с какими-либо препятствиями в процессе разработки, то появление спутников, которые будут гораздо легче и маневреннее добираться до звезд, — это лишь вопрос времени.
|
|
|
|
Источник
|
