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 Новая американская лунная программа «Артемида» предусматривает строительство на Луне базы, в которой можно будет жить неделями. Для создания идеальной концепции будущего лунного города NASA организовало специальный проект по сбору лучших предложений от американских ученых. Недавно один из университетов США представил вариант специального центра лунной инфраструктуры, в котором электричество должно передаваться с помощью лазерных лучей, а большую часть работ автоматически проделывают планетоходы, похожие на пауков.
Открытый в 1977 году Хирон формально относят к классу кентавров — «промежуточному» типу малых тел между астероидами и кометами, который перемещается по орбитам в области газовых гигантов. Внимание астрономов Хирон привлекает давно, однако детально «рассмотреть» его удалось только сейчас: с помощью космической обсерватории «Джеймс Уэбб» на поверхности кентавра обнаружили целый «набор» летучих соединений, а также ряд более сложных органических молекул. Ничего подобного на таких небесных телах ранее не находили.
В 1970-1980-х годах американский нейробиолог Бенджамин Либет провел свои знаменитые эксперименты, о которые до сих пор ломают копья не только ученые и философы, но и простые смертные. Эксперименты были посвящены свободе воли. С помощью электроэнцефалограммы Либет наблюдал мозговую активность участников перед тем, как они принимали решение — пошевелить рукой. Выяснилось, что за 0,5-1,5 секунды до этого намерения у них возникала ЭЭГ-активность, предсказывающая это движение. Значит, мозг посылает сигнал о готовности раньше, чем человек осознает это, то есть никакой свободы воли у нас нет! Неудивительно, что эксперименты породили массу споров, и в дальнейшем их результаты частично опровергли (в том числе в прошлом году российские специалисты из НИУ ВШЭ). Несмотря на это, многие ведущие мировые ученые до сих пор уверены: свободы воли не может быть по определению. О доводах в пользу этого аргумента, а также об эксперименте «Вышки» против него, как наказывать преступников и есть ли смысл хвалить кого-то за достижения, если свободы воли нет, рассказал координатор исследования, участник проекта «Я пошел в науку», ведущий научный сотрудник Института когнитивных нейронаук НИУ ВШЭ Василий Ключарев.
Мезозавры стали одними из первых позвоночных, которые вернулись в моря вскоре после выхода их предков на сушу. Они жили в конце палеозоя (накануне величайшего пермского вымирания) у берегов южного континента Гондвана — им соответствует современные Африка и Южная Америка. Мезозавров обычно считают небольшими, в среднем 0,7 метра в длину, однако новая статья в Fossil Studies описала гигантский образец из уругвайских лагерштеттов. Согласно оценкам, он был втрое длиннее большинства известных мезозавров.
Новая американская лунная программа «Артемида» предусматривает строительство на Луне базы, в которой можно будет жить неделями. Для создания идеальной концепции будущего лунного города NASA организовало специальный проект по сбору лучших предложений от американских ученых. Недавно один из университетов США представил вариант специального центра лунной инфраструктуры, в котором электричество должно передаваться с помощью лазерных лучей, а большую часть работ автоматически проделывают планетоходы, похожие на пауков.
В XXI веке палеонтология развивается рекордными темпами и регулярно радует сообщениями о новых «чудовищах», а также подробностями о жизни уже известных. Уходящий год отнюдь не исключение, он оказался очень богат на палеонтологические новости. Naked Science вспомнил самые важные, неожиданные и любопытные открытия, касающиеся древней жизни и сделанные в 2024-м.
Ученые из Троицкого института инновационных и термоядерных исследований, МФТИ и МЭИ совершили значительный прорыв в области защиты материалов от экстремальных тепловых нагрузок, характерных для условий управляемого термоядерного синтеза.
Согласно популярному утверждению, человеческая мысль — едва ли не самое быстрое, что существует в природе. Даже свет многие считают менее быстрым, поскольку он распространяется со скоростью 300 тысяч километров в секунду, а мысль — «мгновенно». Однако новое исследование опровергло бытовую логику. Ученые из Калтеха измерили скорость, с которой человек обрабатывает информацию, и обнаружили, что основные когнитивные процессы во много раз медленнее не только распространения света, но и низкоскоростного интернета.
С какого возраста зооврачи считают собак престарелыми? Это недавно выяснили исследователи из Великобритании и Венгрии, проанализировав карты пациентов ветеринарных клиник. Также ученые установили, от каких проблем со здоровьем чаще страдают пожилые питомцы.
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