Уведомления
Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь, чтобы оценивать материалы, создавать записи и писать комментарии.
Авторизуясь, вы соглашаетесь с правилами пользования сайтом и даете согласие на обработку персональных данных.
Повышена эффективность работы ионного двигателя
Орбитальные спутники помогают исследовать другие планеты, проводить научные эксперименты, отслеживать изменения климата и природные катаклизмы, а также обеспечивать Землю связью. Для управления их ориентацией и положением в космическом пространстве применяют ионный двигатель. Он создает реактивную тягу, позволяющую аппарату подниматься в небо, а ключевую роль в этом процессе играют электроды — тонкие круглые перфорированные пластины. При выводе объекта на околоземную орбиту они могут соударяться из-за воздействующей вибрации, что в дальнейшем ведет к их разрушению и влияет на работу двигателя. Ученые Пермского Политеха разработали математическую модель и с ее помощью проанализировали, как повреждаемость материала влияет на прочность и величину амплитуды колебаний электродов. Это поможет доработать отечественную конструкцию двигателя на этапе проектирования и не допустить разрушений.
Статья опубликована в журнале «Вестник ПНИПУ. Аэрокосмическая техника». Исследование проведено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».
Чем выше удельный импульс двигателя, тем больше полезного груза при том же количестве топлива может вынести объект. Этот показатель наиболее высок у ионного двигателя, который используют для орбитальных спутников в качестве основного движителя для малых космических роботов, кораблей и станций.
Такой тип разгоняет ионы до скорости в десять раз выше, чем это могут сделать современные химические двигатели. Например, автоматическая межпланетная станция Dawn (запущена в 2007 году НАСА) стала одной из самых энергоэффективных за всю историю космонавтики, для ее полета было необходимо всего 3,25 миллиграмма топлива в секунду, при этом она установила рекорд скорости, разогнавшись до 39 900 километров в час (11,1 километра в секунду). Сейчас в России активно ведут работы по конструированию отечественных космических аппаратов с аналогичной технологией.
Принцип работы ионного двигателя заключается в ионизации газа, который разгоняется электростатическим полем для получения реактивной тяги и разгона космического корабля. В газоразрядную камеру подается топливо (газ), затем туда запускают высокоэнергетические электроны. Так образуется смесь из положительно заряженных ионов и отрицательных электронов. Ионы извлекаются системой, в общем случае состоящей из двух электродов. В результате ускоренный электростатическими силами пучок ионов создает тягу.
Электроды ионного двигателя представляют собой пластины, изготовленные из углерод-углеродного композиционного материала. Их малая толщина может привести к повреждению материала и снижению упругих характеристик в результате случайных вибраций, которые возникают при выводе космического аппарата на орбиту. В это время пары электродов соударяются, что в итоге приводит к их разрушению. Если рассмотреть этот процесс на уровне структуры (зерен) материала, то даже при невысоких напряжениях, в том числе вибрациях, зерна испытывают повреждения, а их свойства изменяются, что негативно сказывается на состоянии композита в целом.
Ученые Пермского Политеха разработали математическую модель, которая позволяет изучить изменения структуры материала электродов при возникающих во время полета космического аппарата нагрузках. Это поможет доработать ионно-оптическую систему электродов ионного двигателя на этапе проектирования, чтобы избежать разрушения в дальнейшем.
«Для анализа повреждаемости материала электродов и прогнозирования влияния деградации упругих свойств на амплитуду колебаний мы создали двухуровневую расчетную модель. Первый уровень позволяет найти вероятности повреждений зерен и их объемные доли, а затем перерасчитать упругие свойства композита. На втором компьютерная модель электрода нагружается и определяются поля распределения макронапряжений и макродеформаций.
На каждом шаге решения идет обмен информацией между этими уровнями и становится видно, как в зависимости от накопленных повреждений изменяются свойства материала. Исследование демонстрирует, что моделирование структуры необходимо для прогнозирования его поведения на макроуровне», – комментирует Егор Разумовский, аспирант кафедры «Механика композиционных материалов и конструкций» ПНИПУ.
После перерасчета в областях изменения упругих свойств материала электрода показатель макронапряжений упал на 9,54 процента. Однако площадь распространения областей с возможными повреждениями выросла на 8,1 процента. Политехники сравнили полученные данные с результатами неповрежденного электрода и обнаружили, что из-за снижения жесткости электродов амплитуда перемещений увеличивается. Это, в конечном счете, и приводит к их разрушению. Для правильного проектирования необходимо учитывать свойства материала на уровне зерен.
«При построении графика мы определили, что изменение амплитуды перемещений центральной точки электрода для двухуровневой модели составило 6,781 процента или 0,153 миллиметра. Такое отклонение является существенной величиной по причине малого зазора между электродами. Превышение величины с учетом отклонения приведет к их соударению и разрушению. Это показывает важность прикладного применения разработанной теории и ее валидацию с реальными конструкциями», – комментирует Вячеслав Шавшуков, доцент кафедры «Механика композиционных материалов и конструкций» ПНИПУ, кандидат физико-математических наук.
Исследование ученых Пермского Политеха позволит доработать конструкцию отечественного ионного двигателя на этапе проектирования и снизить риск разрушения электродов во время работы космических роботов, кораблей и станций.
Telegram 
Дзен 
VK Ученые, работающие на Большом адронном коллайдере (БАК), обнаружили в результатах экспериментов неожиданные данные. Они могут свидетельствовать о существовании топония, связанного состояния топ-кварка и его антикварка.
Международная группа исследователей из Китая, США и Германии разработала метаматериал с выдающейся механической емкостью хранения энергии. Придать ему уникальные характеристики удалось за счет структуры — скрученных гибких стержней, деформирующихся по спирали.
Международная группа ученых попробовала определить, насколько сократилось население Европы 12,7 тысячи лет назад, когда на планете внезапно наступило тысячелетнее похолодание. Оказалось, население континента какое-то время составляло считаные тысячи человек.
Известный американский отраслевой обозреватель Эрик Бергер взял интервью у экипажа космического корабля Boeing, из-за технических проблем которого два астронавта задержались на орбите на девять месяцев вместо одной недели. Детали, которые они озвучили, указывают на серьезные проблемы Starliner, о которых ранее умалчивали. Люди провели немало времени при глубоко нештатной температуре. При слегка другом сценарии миссии экипаж корабля мог погибнуть. Официальные заявления NASA и Boeing сразу после июньского полета к МКС, судя по интервью, были заведомо неправдивыми.
Два ключевых события сыграли решающую роль в формировании генетического профиля современных европейских народов. Первое связано с приходом ранних фермеров из Анатолии примерно восемь тысяч лет назад, второе — масштабная миграция на запад носителей ямной степной культуры, начавшаяся пять тысяч лет назад. Однако ученые видят множество отличий от общей картины в разных регионах. В новой работе они проанализировали ДНК древних жителей самого северо-запада Европы и обнаружили более тесную связь с охотниками-собирателями, чем где бы то ни было.
Ученые из Австралии исследовали влияние сексуальной активности, а именно — самоудовлетворения и полового контакта с партнером — на объективные и субъективные параметры сна, в том числе на мотивацию поутру и готовность к новому дню.
В двойственных, или обратимых, изображениях зритель может увидеть разные объекты в зависимости от того, на каких деталях концентрируется его внимание. Среди известных примеров таких рисунков — иллюзия «кролик-утка», сочетающая двух животных, и обратимая ваза (или ваза Рубина), которая может казаться двумя силуэтами лиц, если сосредоточиться на фоне. В соцсетях и популярных СМИ часто публикуют подобные картинки, утверждая, что по тому, какое изображение человек видит в первую очередь, можно судить о его личностных чертах и особенностях мышления. Двое психологов из Великобритании недавно проверили, так ли это на самом деле.
Когда пара расстается, многие люди продолжают испытывать чувства к своим бывшим. Если разрыв произошел по инициативе другой стороны и отношения длились много лет, полностью «забыть» еще недавно близкого человека может быть непросто. Существует мнение, что и после расставания привязанность к экс-партнерам в какой-то мере сохраняется. Впрочем, согласно другой точке зрения, со временем эта эмоциональная связь ослабевает и утрачивается. Разобраться, как происходит на самом деле и сколько времени может потребоваться на полный эмоциональный разрыв с бывшими возлюбленными, взялись психологи из Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне (США).
Масштабный анализ геномов показал, что вид Homo sapiens возник в результате смешения двух древних популяций. Они разделились полтора миллиона лет назад, а затем воссоединились до расселения по миру.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно
Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно