Снижение шума при взлете бережет ценное оборудование
Ученые Самарского национального исследовательского университета им. академика С.П.Королёва разрабатывают оптимальную систему защиты космических аппаратов от разрушительного воздействия сильного шума, возникающего при запуске ракет-носителей. Разработка финансируется за счет средств гранта Президента России, выданного на проведение исследовательских работ в 2020-2021 годах.
При запуске и во время полета ракеты-носителя выделяется большое количество акустической энергии, оказывающей мощное звуковое давление на саму ракету и ее полезную нагрузку, — около 160 дБ. Шум воздействует на крайне чувствительные детали и узлы бортовой и научной аппаратуры спутников и может вызвать разрушающие вибрации их компонентов. Чтобы погасить эту энергию, головные обтекатели ракет-носителей изнутри покрывают звукопоглощающими материалами.
— Сейчас ими покрывают полностью всю внутреннюю поверхность блока, где размещается спутник, что увеличивает его общий вес и уменьшает свободное пространство, — отметил руководитель проекта, доцент кафедры автоматических систем энергетических установок Самарского университета, кандидат технических наук Артур Сафин. — Мы предлагаем метод, который даст возможность наиболее оптимально разместить звукопоглощающий материал внутри блока, сведя к минимуму количество используемого материала и занимаемый им объем. Это позволит увеличить полезный объем и полезную нагрузку ракеты-носителя — значит, на орбиту можно будет выводить космические аппараты большего размера и веса.
Сейчас ученые работают над математической моделью и проводят эксперименты с пенополиуретаном (ППУ) в импедансной трубе для измерения коэффициентов звукопоглощения. В трубу, оснащенную двумя микрофонами, подается широкополосный шум, формируется плоская звуковая волна, которая падает на исследуемый образец ППУ и отражается обратно. Измерив звуковое давление в двух точках трубы, можно рассчитать коэффициент звукопоглощения.
— Результатом нашей работы станет математическая модель, на основе которой будет разработана компьютерная программа, своего рода виртуальный двойник. С ее помощью можно будет отработать технологию без дорогостоящих экспериментальных исследований. В программу можно будет закладывать данные того или иного спутника, и она покажет, где именно и в каком объеме нужно расположить звукопоглощающий материал, чтобы оптимально защитить аппаратуру космического аппарата от мощной акустической энергии, — рассказал А.Сафин.
Ученые пока не дают точный прогноз, насколько такая оптимизация позволит увеличить вес и объем полезной нагрузки ракеты-носителя, однако разработка, несомненно, будет иметь экономический эффект. Согласно данным из открытых источников стоимость запуска на орбиту всего лишь 1 кг груза исчисляется десятками тысяч долларов.
Исследованиями в сфере защиты космической техники от шума А.Сафин занимается второй год, к настоящему времени проведен ряд экспериментальных работ, вышло несколько научных публикаций по этой теме. По словам молодого ученого, аналогов данному методу в зарубежной научной литературе не обнаружено. По крайней мере, в имеющихся открытых источниках.
Ранее, в 2011-2014 годах, А.Сафин проводил подобные исследования по снижению шума авиационного двигателя. Лабораторные эксперименты показали, что разработанные им звукопоглощающие элементы, изготовленные из металлорезины (материал, разработанный в Самарском университете), в два раза эффективнее традиционно применяемых в авиации.
Центр по связям с общественностью Самарского университета
Нет комментариев