Опоры из подобного оригами материала поглотят удар при посадке ракеты

Kiyomi Taguchi/University of Washington

Исследователи из Вашингтонского университета вдохновились оригами и разработали бумажную модель метаматериала, поглощающего ударную силу. Материал подходит для создания посадочных опор многоразовых космических аппаратов. Команда опубликовала результаты своей работы в журнале Science Advances.

Около 17% космического мусора представляют собой отработанные верхние ступени и разгонные блоки ракет-носителей, 55% — отходы, технологические элементы, сопутствующие запускам, и обломки взрывов и фрагментации. Основная опасность при выходе космонавтов в открытый космос — столкновение с мусором, скорость которого на орбитальной орбите в 300 км составляет порядка 7,7 км/с. Кинетическая энергия песчинки с такой скоростью эквивалентна энергии пули.

Многоразовые системы запуска снижают выброс мусора и к тому же позволяют сократить затраты на транспортировку грузов в космос и обратно. Под многоразовым космическим кораблем подразумевается такой аппарат, конструкция которого позволяет повторно использовать весь корабль или его основные части. Первый многоразовый космический корабль NASA Space Shuttle вышел в космос в 1981 году. В 1988-м состоялся первый полет «Бурана» — советского возвращаемого космического аппарата.

Один из способов смягчения удара ракеты о посадочную площадку — ракетные опоры из материалов, поглощающих часть ударной силы. Для создания модели таких опор исследователи рассчитали нагрузку и нанесли лазером пунктирные засечки на бумаге на места предполагаемых сгибов. Полученные цилиндрические структуры выстроили в ряд из 20 ячеек и испытали, приложив ударную силу. Шесть камер GoPro фиксировали распространение волн сжатия и растяжения.

Результаты эксперимента показали, что приложенная сила не доходила до конца цепи. Приложенную силу сжатия гасила сила растяжения, которая возникала, как только первые ячейки возвращались в исходное положение. Таким образом, последних ячеек достигала уже волна растяжения.

«Если бы вы надели футбольный шлем из этого материала и что-то ударило вас в голову, вы бы не почувствовали даже толчка. К тому времени, когда кинетическая энергия достигает вашего тела, она больше не толкает. Она тянет», — отметил один из соавторов статьи Цзиньку Ян, доцент кафедры аэронавтики и космонавтики Вашингтонского университета.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.