Инженеры МАИ создали алгоритм подбора теплозащиты для космических аппаратов
Программа помогает быстро подобрать параметры тепловой защиты для космических аппаратов, которые будут летать на орбиту и садиться на другие планеты и их спутники. Она сокращает время расчётов на первых этапах проектирования.
Алгоритм создали инженеры Московского авиационного института. Он нужен на том этапе проектирования, когда ищут оптимальные характеристики конструкции аппарата. Тепловая защита входит в число самых сложных задач космической техники, потому что условия посадки на разные небесные тела отличаются.
На Марсе из-за разреженной атмосферы аппарат тормозит слабее, но при входе в плотные слои испытывает сильный аэродинамический нагрев. В атмосфере Венеры перегрузки и нагрев значительные, по мере снижения быстро растут температура и давление, а в облачном слое на аппарат действуют капли серной кислоты. Поэтому при проектировании учитывают не только тепловые нагрузки, но и прочность конструкции, химическую стойкость материалов и условия теплообмена в плотной газовой среде.
Программа учитывает состав и плотность атмосферы, скорость входа, продолжительность нагрева, излучательную способность поверхности и сохранение свойств материалов при очень низких и очень высоких температурах. Можно менять материал теплозащиты или траекторию полёта. Чтобы получить расчёт, в программу вводят траекторию движения корабля и его 3D-модель. Она показывает, какую теплозащиту, какой толщины и где лучше установить.
Алгоритм проверили в эксперименте. В лаборатории изготовили образцы многослойных панелей, имитирующих теплозащиту крыла космического корабля, и поместили их в вакуумную камеру. Там воспроизводили условия входа в плотные слои атмосферы Венеры.
Исследования показали, что расхождения между расчётными и опытными данными не превышали 1,5 %. Это подтвердило высокую достоверность метода
В дальнейшем разработчики планируют расширить функционал. Программа сможет считать не только пассивные системы теплозащиты (абляционные или радиационные), но и схемы с элементами активных систем, например с принудительным отводом тепла или с изменяемыми теплопроводными свойствами материалов. В более отдалённой перспективе решение могут встроить в бортовые компьютеры межпланетных кораблей, чтобы пересчитывать режим посадки с учётом реальных условий.
Работа выполняется в рамках гранта Российского научного фонда № 25-19-00131 «Метод комплексной термобаллистической оптимизации перспективных технологий исследования планеты Венера».
Комментарии
Пока никто не написал. Будьте первым.