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 процентов. 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.