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 В прошлых исследованиях о скулшутинге в Соединенных Штатах некоторые эксперты называли основной причиной случаев массовой стрельбы в учебных заведениях наличие большого количества легальных «стволов» на руках у людей. Но в подобных работах редко систематически анализировали роль огнестрельного оружия в жизни школьных стрелков. По мнению профессора социологии Энн Нассауер из Эрфуртского университета (Германия), эта деталь роднит большинство совершавших такого рода нападения в США.
Западные колонии финикийцев включали сильнейшую морскую державу древнего Средиземноморья — Карфаген. Его жители использовали финикийский язык и поклонялись соответствующим богам. Теперь генетики заявили, что практически все эти люди — не потомки финикийских колонистов. Происхождение их в связи с этим довольно загадочно.
Многие, наверное, слышали фразу «Между ними возникла „химия“». Поясняя смысл выражения, часто говорят, что любовная химия между мужчиной и женщиной — это нечто сложное и с трудом поддающееся определению. Однако ученые не любят такой неясности, поскольку она мешает исследовать явление. Недавно группа психологов с помощью опроса выяснила основные компоненты взаимного влечения в паре, которое принято называть романтической, или любовной, химией.
Распространено мнение, что, чем чаще пара занимается сексом, тем сильнее каждый из партнеров доволен отношениями. Международная команда исследователей проверила этот тезис.
В 2006 году исследователи из Великобритании объявили, что легендарный антикитерский механизм, древнегреческий «компьютер», мог быть всего лишь игрушкой для демонстрации астрономических явлений. Авторы нового исследования подтвердили это, построив математическую модель на основе данных своих коллег, которая показала, что шестерни устройства заклинивало при запуске. Но несмотря на полученные результаты, ученые пытаются спасти репутацию древнего чуда техники, обвинив предыдущую команду в ряде ошибок.
Примерно 41-42 тысячи лет назад на Земле произошел кратковременный сдвиг магнитных полюсов, который мог способствовать вымиранию неандертальцев, но не Homo sapiens — их выживание авторы нового исследования связали с появлением теплой одежды и добычей охры.
До 13 тысяч лет назад в Северной Америке жил вид, который ученые до недавнего времени считали волком. Компания Colossal Biosciences объявила о возрождении этого вымершего вида, но биологические детали ставят ее заявление под серьезное сомнение.
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.
Многие знают, как популярны сувениры из окаменелостей — зубы древних акул или полированные панцири аммонитов. Но чем реже встречаются такие артефакты, тем они ценнее, то есть на них можно много заработать. И это проблема для палеонтологов. Американский специалист по тираннозаврам оценил ущерб, который нанесла коммерческая добыча костей T. rex и подсчитал среднюю цену таких образцов. Оказалось, больше половины найденных тирексов находится в частных руках, а значит, для науки они недоступны или ненадежны.
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