Ученые Самарского национального исследовательского университета имени академика С.П.Королева разрабатывают оптимальную систему защиты космических аппаратов от разрушительного воздействия сильного шума, возникающего при запуске ракет-носителей. Разработка, которая поможет увеличить объем и вес выводимой на орбиту полезной нагрузки, финансируется за счет средств гранта Президента России, который выдан на проведение исследовательских работ в 2020-2021 годах.
При запуске и во время полета ракеты-носителя выделяется большое количество акустической энергии, которая оказывает мощное звуковое давление на саму ракету и ее полезную нагрузку - около 160 дБ. Шум воздействует на крайне чувствительные детали и узлы бортовой и научной аппаратуры спутников и может вызвать разрушающие вибрации их компонентов. Чтобы погасить эту энергию, головные обтекатели ракет-носителей изнутри покрывают звукопоглощающими материалами.
"Сейчас подобными материалами покрывают полностью всю внутреннюю поверхность блока, где размещается спутник. Это увеличивает общий вес и уменьшает свободное пространство, - отметил руководитель проекта, доцент кафедры автоматических систем энергетических установок Самарского университета, кандидат технических наук Артур Сафин. - Мы предлагаем метод, который даст возможность наиболее оптимально разместить звукопоглощающий материал внутри блока, сведя к минимуму количество используемого материала и занимаемый им объем. Это позволит увеличить полезный объем и полезную нагрузку ракеты-носителя, а это значит, что на орбиту можно будет выводить космические аппараты большего размера и веса".
Сейчас ученые работают над математической моделью и проводят эксперименты с пенополиуретаном (ППУ) в импедансной трубе для измерения коэффициентов звукопоглощения. В трубу, оснащенную двумя микрофонами, подается широкополосный шум, формируется плоская звуковая волна, которая падает на исследуемый образец ППУ и отражается обратно. Измерив звуковое давление в двух точках трубы, можно рассчитать коэффициент звукопоглощения.
"Результатом нашей работы станет математическая модель, на основе которой нами будет разработана компьютерная программа - своего рода виртуальный двойник. С ее помощью можно будет отработать технологию без дорогостоящих экспериментальных исследований. В программу можно будет закладывать данные того или иного спутника, и она покажет, где именно и в каком объеме нужно расположить звукопоглощающий материал, чтобы оптимально защитить аппаратуру космического аппарата от мощной акустической энергии", - рассказал Артур Сафин.
Ученые пока не дают точный прогноз, насколько удастся благодаря такой оптимизации увеличить вес и объем полезной нагрузки ракеты-носителя, однако разработка несомненно будет иметь экономический эффект. Согласно данным из открытых источников, стоимость запуска на орбиту всего лишь 1 кг груза исчисляется десятками тысяч долларов.
Исследованиями в сфере защиты космической техники от шума Сафин занимается второй год, к настоящему времени проведен ряд экспериментальных работ и вышло несколько научных публикаций по этой теме. По словам молодого ученого, аналогов данному методу в зарубежной научной литературе не обнаружено, по крайней мере, в имеющихся открытых источниках.
Ранее, в 2011-2014 годах, Сафин проводил подобные исследования по снижению шума авиационного двигателя. Лабораторные эксперименты показали, что разработанные им звукопоглощающие элементы, изготовленные из металлорезины (металлорезина - материал, разработанный в Самарском университете), в два раза эффективнее традиционно применяемых в авиации.
Справочно:
Вибрация и шум сопровождают работу любых механизмов и устройств, используемых во всех сферах жизни: от компьютерной техники до самолетов и космических кораблей. Даже самые незначительные колебания серьезно влияют на качество и надежность работы как отдельных узлов, так всей системы в целом.
Современные системы акустической и вибрационной защиты способны в несколько раз продлить срок службы сложного и дорогостоящего оборудования, а также сделать его использование более удобным и комфортным для человека.
Самарская (куйбышевская) школа по динамике и виброакустике является одной из наиболее авторитетных мировых научно-практических школ. Ее основы были заложены более полувека назад и тема динамики и виброакустики машин в деятельности КуАИ-СГАУ-Самарского национального исследовательского университета занимает особое место.
Разработки ученых Самарского университета получили широкое применение при создании передовых образцов отечественной авиационной и ракетно-космической техники техники и двигателей к ним, а также другой высокотехнологичной продукции.
-
Артур Сафин - доцент кафедры автоматических систем энергетических установок Самарского университета, кандидат технических наук. В декабре 2019 года стал победителем конкурса на право получения грантов президента России для поддержки молодых ученых. В категории "молодые кандидаты наук" на 400 грантов претендовали 1509 ученых со всей страны. Квоты по областям знаний были определены таким образом, что конкурс составил в среднем 3,6 заявки на один грант.
RU 
EN 
CN 
ES 
