В рамках Года науки и технологий, объявленного в России в 2021 году, апрель посвятили направлению «Освоение космоса». Эта тема близка Южно-Уральскому государственному университету: ученые Аэрокосмического факультета ведут плодотворную работу по созданию материалов, которые используются в ракетостроении, по разработке космических аппаратов и деталей для них.
В исследованиях участвуют и студенты: в молодежном конструкторском бюро «Астероид» сейчас разрабатывают аппарат, предназначенный для посадки на угрожающие Земле космические объекты – астероиды и метеороиды.
Миллионы опасных объектов
Миллионы космических тел прямо сейчас находятся в самой опасной для Земли зоне – в поясе астероидов между Марсом и Юпитером. Астрономы ведут за ними наблюдение и даже могут предсказать, когда объекты сблизятся с третьей планетой и войдут в атмосферу. Однако такой прогноз можно составить не для каждого космического тела, и для этого требуются годы наблюдений. В то же время ученые работают над защитой от астероидов и метеороидов, решая вопрос, как эффективно изменить «маршрут» космического тела или избавиться от объекта.
Экспертные рабочие группы по проблеме астероидно-кометной опасности созданы в разных странах. Например, на базе Российской академии наук действует группа по космическим угрозам. Представители космических агентств (РОСКОСМОС, NASA, ESA, ISA и др.) обмениваются результатами работы в этом направлении на международной конференции «Planetary Defence Conference», которая проводится раз в два года.
Студенты на защите от астероидов
В Южно-Уральском государственном университете вопросом астероидной безопасности занимаются на Аэрокосмическом факультете (Политехнический институт). Студенты в молодежном конструкторском бюро «Астероид» под руководством к.т.н. Руслана Пешкова работают над проектом «Разработка космического аппарата, предназначенного для посадки на космическое тело с малым гравитационным полем».
Предполагается, что такой аппарат доставит на астероид или метеороид научное и мониторинговое оборудование для спектрального анализа грунта, исследования внутреннего строения, детального исследования рельефа. Эта информация необходима, чтобы построить внутреннюю морфологию объекта и определить сценарий защиты от космического тела.
Актуальность такой работы стала понятна в 2013 году: тогда над Челябинской областью взорвался метеорит. Все произошло на высоте 23 километра, объект летел со скоростью около 18 километров в секунду. Взрывную волну можно сравнить с 300-400 тоннами в тротиловом эквиваленте. Будь метеорит крупнее или войди он в атмосферу Земли под другим градусом, последствия могли бы оказаться куда серьезнее. Поэтому команда МКБ разрабатывает аппарат, который будет участвовать в защите от астероидов.
На фото: к.т.н., руководитель проекта, реализуемого в МКБ «Астероид», Руслан Пешков
Участниками проекта успешно пройден этап эскизного проекта, теперь студенты заняты детальной проработкой космического аппарата, разработкой сборочных чертежей, деталировкой. Кроме того, подана заявка на получение патента.
«Основным отличием разработки является расширение функциональных возможностей космического аппарата за счет обеспечения доставки полезного груза на космическое тело с малым гравитационным полем. Это достигается увеличенным запасом топлива для двигательной установки, необходимым для маневрирования и управления в условиях космического полета, а также снижением скорости при посадке на космическое тело», — рассказал руководитель проекта, реализуемого в МКБ «Астероид», Руслан Пешков.
На сегодняшний день разработано посадочное устройство. Амортизацию обеспечивает разрушаемый сотовый заполнитель, размещенный в четырех опорах. Благодаря ему при посадке поглощается кинетическая энергия космического аппарата и «смягчение» удара. Корпус аппарата будет подготовлен и испытан в Лаборатории экспериментальной механики.
Курс на успешную миссию
Для обнаружения посадочной площадки командой ЮУрГУ разработан алгоритм. Он не выделяет точки на границе астероида, если поверхность занимает не весь кадр, и распознает только области, нормали (перпендикуляры) к которым совпадают с оптической осью камеры.
Между тем, именно посадка на космическое тело остается сегодня главной проблемой для исследователей защиты от астероидов. Аппарат, оказавшийся на поверхности объекта, может повлиять на его «поведение»: например, заставить отклониться от курса. Кроме того, космические тела покрыты камнями разных размеров и мелкой пылью, которые не закреплены на поверхности. За счет центробежной силы они сползают к периферии, и то же может произойти с аппаратом.
«Посадка на объект трудноосуществима, поскольку гравитация там в десятки тысяч раз меньше земной. На сегодняшний день ряд национальных космических агентств выполнил исследования, во время которых поверхность космического объекта снималась на видео с высоким разрешением. На его поверхность сбрасывали специальные ударники, пытались оценить механические свойства, а также брали небольшие порции вещества с поверхности астероида для оценки состава. Но аппаратов, которые могут выдержать этап посадки, на сегодняшний день не существует. Для успешной миссии нужно не только разработать аппарат, но и изучить особенности движения космических объектов», — объяснил к.т.н., декан Аэрокосмического факультета Политехнического института ЮУрГУ Виктор Федоров.
Космический аппарат, предназначенный для посадки на космическое тело с малым гравитационным полем. Фото: Данил Рахимов
Предложение для РОСКОСМОСа
Работа над проектом в ЮУрГУ будет продолжаться. Следующим этапом станет технический проект, в рамках которого планируется более глубокая проработка элементов космического аппарата для создания комплекта конструкторской документации и решения вопросов изготовления. Параллельно планируется оформление нескольких патентов по новым техническим решениям. Полученные результаты могут быть использованы предприятиями РОСКОСМОСа и частными компаниями, занимающимися разработкой и изготовлением космических аппаратов.
Южно-Уральский государственный университет (ЮУрГУ) – это университет цифровых трансформаций, где ведутся инновационные исследования по большинству приоритетных направлений развития науки и техники. В соответствии со стратегией научно-технологического развития РФ университет сфокусирован на развитии крупных научных междисциплинарных проектов в области цифровой индустрии, материаловедения и экологии. В Год науки и технологий ЮУрГУ примет участие в конкурсе по программе «Приоритет–2030». Вуз выполняет функции регионального проектного офиса Уральского межрегионального научно-образовательного центра мирового уровня (УМНОЦ).
Читайте нас:
СМИ о нас: