При входе в атмосферу планеты космический аппарат испытывает тепловую нагрузку, которую должна выдерживать его защитная оболочка. Её параметры зависят от условий полёта и свойств атмосферы небесного тела. Учёные Московского авиационного института (МАИ) разработали алгоритмы для расчёта теплозащиты с учётом этих факторов. О разработке рассказал глава проекта малых космических аппаратов Центра космических технологий МАИ Александр Бон. Программный комплекс учитывает плотность атмосферы, скорость аппарата и угол входа в газовую оболочку.
На Марсе атмосфера разреженная, поэтому она хуже тормозит посадочный модуль, хотя при входе в неё аппарат всё равно испытывает сильный нагрев. На Венере нужно учитывать в том числе воздействие капель серной кислоты в облачном слое. У Титана, спутника Сатурна, другая атмосфера — преимущественно азотная, с примесью метана и сложных органических соединений. Из-за этих различий нельзя просто взять один расчёт теплозащиты и без изменений использовать его для любой планеты, пояснил эксперт.
Новые методы оптимизации помогают быстрее подбирать параметры теплозащиты с учётом условий входа в атмосферу планеты. Если инженер меняет материал или траекторию полёта, программа сначала выдаёт приблизительный результат на основе ранее накопленных данных, а затем уточняет его с помощью полной физической модели. По словам Александра Бона, это позволяет сократить повторные вычисления и экономить ресурсы суперкомпьютера.
Работоспособность алгоритмов расчёта теплозащиты космических аппаратов проверили в лаборатории
Учёные изготовили образцы многослойных панелей, имитирующих теплозащиту крыла космического корабля, и испытывали их в вакуумной камере. Там воспроизводили условия, с которыми сталкиваются возвращаемые аппараты при входе в плотные слои земной атмосферы. Расхождение между результатами эксперимента и расчётами, как сообщается, не превышало 1,5%.
В дальнейшем команда планирует расширить возможности комплекса. В частности, инженеры хотят добавить расчёты теплозащиты с активными элементами, например системами принудительного отвода тепла или материалами с изменяемыми свойствами.