Сравнительный анализ стойкости защитных конструкций космических аппаратов на базе реакционноспособных материалов к ударному воздействию частиц космического мусора
Авторы: Колпаков В.И., Любушкина А.Ю., Ладов С.В., Фёдоров С.В.
Опубликовано в выпуске: #3(171)/2026
Раздел: Авиационная и ракетно-космическая техника | Рубрика: Проектирование, конструкция, производство, испытания и эксплуатация летательных аппаратов
Современные конструкции защиты космических аппаратов основаны на принципе ударной фрагментации частиц космической среды при взаимодействии с защитными экранами (бамперами). При этом одним из эффективных способов повышения стойкости такой защиты является изготовление защитных бамперов из реакционноспособных материалов (РМ). На основе численного моделирования с использованием программного комплекса ANSYS-AUTODYN в рамках решения двумерных осесимметричных задач механики сплошных сред проведено сравнение эффективности защитных свойств разнообразных двухслойных экранных конструкций с бамперами из РМ. В процессе моделирования установлено качественное превосходство гибридной структуры бампера, использующей РМ с различным составом металлического наполнителя и обеспечивающей интенсивное начальное дробление ударника. Для оптимальной конфигурации построены предельные баллистические кривые, показавшие, что предложенная конструкция существенно превосходит по защитнойэффективности классический щит Уиппла с алюминиевым бампером, особенно в области высоких скоростей (свыше 6-7 км/с).
EDN PSDELZ
Литература
[1] Вениаминов С.С., Червонов А.М. Космический мусор — угроза человечеству. Москва, ИКИ РАН, 2012, 192 с.
[2] Шустов Б.М. О фундаментальных исследованиях по проблеме космического мусора. Всероссийская научная конференция с международным участием «Космический мусор: фундаментальные и практические аспекты угрозы». Москва, ИКИ РАН, 2019, с. 7–14.
[3] Назаренко А.И. Моделирование космического мусора. Москва, ИКИ РАН, 2013, 216 с.
[4] Зеленцов В.В. Проблемы мелкого космического мусора. Наука и образование: электронное научно-техническое издание МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2015, № 4, с. 89–104. DOI: 10.7463/0415.0764904
[5] Зеленцов В.В. Защита космического аппарата от воздействия фрагментов мелкого космического мусора. Наука и образование: электронное научно-техническое издание МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2015, № 6, с. 123–142. DOI: 10.7463/0615.0778339
[6] Christiansen E.L. Meteoroid / Debris Shielding. NASA TP-2003-210788. Johnson Space Center, Houston, Texas (USA), 2003, 99 p.
[7] Christiansen E.L. Handbook for Designing MMOD Protection. NASA JSC-64399 (Version A). Johnson Space Center, Houston, Texas (USA), 2009, 135 p.
[8] Christiansen E.L. Design and performances equations for advanced meteoroid and debris shield. International Journal of Impact Engineering, 1993, vol. 14, рp. 145–156.
[9] Whipple FL. Meteorites and space travel. Astron J., 1947, vol. 52, pp. 132–137.
[10] Колпаков В.И., Федоров С.В., Виноградова Е.П. Анализ стойкости защитных конструкций космических аппаратов к высокоскоростному воздействию частиц орбитального мусора. Наука и образование: электронное научно-техническое издание МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014, № 4. DOI: 10.18698/2308-6033-2024-3-2344
[11] Малкин А.И., Занозин В.М., Кононенко М.М., Топоров Ю.П., Шумихин Т.А., Цивадзе А.Ю. Новая концепция защиты космических аппаратов от микрометеороидов и орбитального мусора. Доклады Академии наук, 2011, т. 436, № 4, с. 470–473.
[12] AUTODYN theory manual revision. Century Dynamics Inc. California, USA, 2005, 235 p.
[13] Орленко Л.П., ред. Физика взрыва. Изд. 3-е, испр. В 2-х т. Т. 2. Москва, Физматлит, 2004, 656 с.
[14] Фомин В.М., ред. Высокоскоростное взаимодействие тел. Новосибирск, Изд-во СО РАН, 1999, 600 с.
[15] Герасимов А.В., ред. Высокоскоростной удар. Моделирование и эксперимент. Томск, Изд-во НТЛ, 2016, 568 с.
[16] Walters W.P., Zukas J.A. Fundamentals of Shaped Charges. New York, John Wiley & Sons Inc., 1989, 389 p.
[17] Бабкин А.В., Колпаков В.И., Охитин В.Н., Селиванов В.В. Численные методы в задачах физики быстропротекающих процессов. 3-е изд. испр. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2021, 370 с.
[18] Жерноклетов М.В., ред. Методы исследования свойств материалов при интенсивных динамических нагрузках: Монография. Саров, ФГУП «РФЯЦ–ВНИИЭФ», 2005, 428 с.
[19] Паршиков А.Н. Применение решения задачи Римана в методе частиц. Журнал вычислительной математики и математической физики, 1999, т. 39, № 7, с. 1216–1225.
[20] Канель Г.И., Разоренов С.В., Уткин А.В., Фортов В.Е. Ударно-волновые явления в конденсированных средах. Москва, «Янус-К», 1996, 408 с.
[21] Канель Г.И., Разоренов С.В., Уткин А.В., Фортов В.Е. Экспериментальные профили ударных волн в конденсированных веществах. Москва, Физматлит, 2008, 248 с.
[22] Колпаков В.И., Васильева Т.В. Моделирование ударного взаимодействия высокоскоростных частиц с элементами конструкции экранной защиты космического аппарата. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2017, 48 c.
[23] Колпаков В.И., Федоров С.В., Ладов С.В. Численный анализ взаимодействия алюминиевых частиц космического мусора с двухслойными защитными экранами. X Всероссийская конференция «Лаврентьевские чтения по математике, механике и физике: тезисы докладов». Институт гидродинамики им. М.А. Лаврентьева. Новосибирск, СО РАН, 2025, 202 с.