Исследователи Томского государственного университета в рамках госзадания разрабатывают способы тепловой защиты перспективных изделий ракетно-космической техники. При помощи математического и физического моделирования они подбирают оптимальные комбинации защитных материалов, которые позволят космическому аппарату эффективно функционировать в экстремальных условиях и обеспечат его сохранность при вхождении в плотные слои атмосферы Земли и во время полета.
– Сейчас ведутся работы по созданию новых гиперзвуковых летательных аппаратов (ГЛА) для ракетно-космической отрасли, – говорит профессор кафедры физической и вычислительной механики ММФ ТГУ Анатолий Якимов. – Двигаясь по сложным траекториям в условиях интенсивного маневрирования, они испытывают огромную тепловую нагрузку. Аэродинамический нагрев приводит к разрушению поверхности аппарата, изменению его формы и ухудшению функциональных характеристик. Поэтому сегодня требования к тепловой защите ГЛА существенно возрастают.
В ходе проведенных исследований ученые создали математические и физические модели. На их основе разработали программное обеспечение, с помощью которого протестировали ряд материалов для космической отрасли - углепластик, пористые металлы (сталь, вольфрам) в условиях, приближенных к реальному полету с гиперзвуковой скоростью. Теплозащитные материалы подвергались воздействию высоких температур и давлений.
Ученые выявили степень влияния радиационно-конвективного нагрева на теплозащитное покрытие и процессы его термохимического разрушения. При этом исследователям удалось отрегулировать тепловые нагрузки на композиционные материалы, в частности, снизить максимальную температуру поверхности на некоторых частях конструкции на 20%. Данная мера позволяет уменьшить негативное влияние высоких температур на защитное покрытие космических аппаратов. Расчеты ученых были подкреплены серией лабораторных экспериментов, в ходе которых покрытия ГЛА подвергали воздействию низкотемпературной плазмы.
– Наш проект был рассчитан на три года, сейчас он находится на завершающей стадии, – говорит Анатолий Якимов. – Полученные данные о выявленных закономерностях разрушения материалов и рекомендации для разработчиков могут быть использованы в ведущих исследовательских и проектных организациях: АО «Государственный ракетный центр имени академика В.П. Макеева», Московский институт теплотехники, ОАО «Военно-промышленная корпорация «Научно-производственное объединение машиностроения» (Реутов Московской обл.) и других.
Разработчики новых изделий для ракетно-космической отрасли смогут использовать фундаментальные данные, полученные учеными ТГУ, для решения широкого круга задач, включая тепло- и огнезащиту объектов. Добавим, что проведением подобных исследований в России занимается лишь несколько научных групп, практически все они находятся в столице и Московской области.
