ЭКРАН ДЛЯ ЗАЩИТЫ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА ОТ ВЫСОКОСКОРОСТНОГО УДАРНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ МЕТЕОРОИДОВ
SHIELD FOR SPACE VEHICLE PROTECTION AGAINST HIGH-SPEED METEOROID IMPACT ACTION

Экран для защиты космического аппарата от высокоскоростного ударного воздействия метеороидов относится к средствам защиты космических аппаратов (КА) от метеороидов - космических тел, промежуточных по размерам между межпланетной пылью и астероидами, включая объекты искусственного происхождения.
В настоящее время для защиты КА от высокоскоростных космических частиц (метеороидов) используют различные защитные покрытия и экраны, при соударении с которыми эти частицы теряют свою энергию.
Известно применение водяного льда в качестве защитного покрытия КА от механических повреждений на орбите (патент РФ 2265562 от 08.09.2003, B64G 1/56). Данное покрытие может частично восстанавливаться после столкновения с микрометеоритами, в том числе с маломасштабными фрагментами космического мусора, и позволяет обеспечить защиту КА от указанных объектов, если они обладают слишком большой скоростью и массой, но не обеспечивает достаточную надежность и стойкость к разрушению, особенно при воздействии интенсивных тепловых потоков, в том числе солнечного излучения.
Дальнейшим развитием данного типа покрытий является защитное покрытие КА от механических воздействий, содержащее прослойку из пористого материала, заполненную водяным льдом либо водо-ледяной смесью (заявка РФ №2003133632 от 18.11.2003, опубл. 27.04.2005, B64G 1/52). Данное покрытие обладает большей стойкостью к разрушению, чем предыдущий аналог, но поскольку оно также выполнено на основе льда, то весьма хрупко и подвержено разрушению. Восстановление места разрушения покрытия путем заливки водой и дальнейшего замораживания требует дополнительных действий и времени, что не желательно в условиях космического полета.
Известно устройство для сохранения герметичности оболочки КА космических аппаратов при столкновении с высокоскоростными телами (патент РФ 2349515 от 30.11.2006, B64G 1/56). Оно выполнено из одного и более слоев размещенных в защищаемом объеме КА элементов, которые начинают вращаться при прохождении через них метеорита или стороннего тела. Элементы имеют цилиндрическую или сферическую форму и каждый из элементов помещен в жесткую оболочку, которая обеспечивает свободное вращение элемента. В зазор между оболочкой и элементом помещен слой смазки, застывающий при контакте с веществом указанного защищаемого объема или в результате спада давления. Это устройство более надежно и обеспечивает восстановление герметичности оболочки КА после столкновения с мелкими метеоритами и космическим мусором, но обладает слишком большой массой и инерционностью при восстановлении герметичности.
Наиболее близким аналогом к заявленному экрану для защиты КА от высокоскоростного ударного воздействия метеороидов, выбранным в качестве прототипа, является устройство для защиты космических аппаратов и станций от высокоскоростного ударного воздействия частиц космической среды (патент РФ 2299839 от 08.12.2005, МПК B64G 1/56). Устройство включает защитный экран, выполненный в виде ячеистой конструкции из металлической сетки, при этом размер ячеек не превышает половины минимального характерного размера метеорных частиц. По углам ячеек закреплены массивные компактные элементы. Предлагаемая конструкция экрана позволяет повысить эффективность защиты КА и уменьшить массу защитной конструкции за счет повышения дисперсности разрушения частиц космической среды и увеличения угла разлета их фрагментов, однако не обеспечивает достаточно эффективной защиты КА при увеличении скорости и массы частиц космической среды без увеличения массы экрана.
Технической задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является повышение эффективности экрана при уменьшении его массы.
Указанные задачи обеспечиваются тем, что в известном экране для защиты космического аппарата от высокоскоростного ударного воздействия метеороидов, содержащем ячеистую конструкцию из металлической сетки, новым является то, что экран выполнен сборным из ячеек, каждая из которых имеет форму правильного многоугольника и выполнена из двух слоев металлической сетки, обжатых по периметру п-образными металлическими полосками, причем, по крайней мере, в одном из слоев металлической сетки выполнены пуклевки, выпуклости которых контактируют с другим слоем, при этом ячейки сшиты между собой металлической проволокой.
Кроме того, пуклевки выполнены на внутреннем слое экрана и обращены своими выпуклостями в сторону наружного слоя экрана.
Зазор между слоями экрана составляет 10 мм.
Пуклевки выполнены в форме сферического сегмента, радиус которого R≥Н, где Н - расстояние между слоями экрана, мм.
Пуклевки равномерно размещены по площади ячейки с шагом 30 см.
Металлическая сетка выполнена из проволоки из нержавеющей стали диаметром 0,3…0,34 мм с размером ячеек 0,5…0,9 мм.
Ячейки сшиты проволокой из нержавеющей стали диаметром 0,3…0,34 мм.
Кроме того, металлическая сетка приварена к п-образным металлическим полоскам.
Выполнение экрана сборным из ячеек, имеющих форму правильного многоугольника и сшитых между собой металлической проволокой, позволяет достаточно легко адаптировать форму и размеры защитного экрана к компоновке и конструкции конкретного КА.
Выполнение ячеек экрана из двух слоев металлической сетки, обжатых по периметру п-образными металлическими полосками, и наличие в одном из слоев металлической сетки пуклевок, выпуклости которых контактируют с другим слоем, позволяет повысить защитные способности экрана и его прочность при снижении массы экрана.
Выполнение пуклевок на внутреннем слое экрана и их обращение своими выпуклостями в сторону наружного слоя экрана позволяет обеспечить наиболее оптимальные условия для взаимодействия обоих слоев экрана при противодействии высокоскоростному ударному воздействию метеороидов.
Зазор между слоями экрана, составляющий 10 мм, позволяет оптимизировать защитные свойства экрана.
Выполнение пуклевок в форме сферического сегмента, радиус которого R≥Н, где Н - расстояние между слоями экрана, и размещение пуклевок равномерно по площади ячейки с шагом 30 см обеспечивает повышение защитных свойств экрана и упрощает технологию его изготовления.
Выполнение металлической сетки из проволоки из нержавеющей стали диаметром 0,3…0,34 мм с размером ячеек 0,5…0,9 мм и сшивание ячеек проволокой из нержавеющей стали диаметром 0,3…0,34 мм позволяет уменьшить массу экрана при сохранении его прочностных свойств.
Приваривание металлической сетки к п-образным металлическим полоскам позволяет повысить надежность экрана.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
фиг.1 - общий вид экрана;
фиг.2 - общий вид ячейки.
Экран 1 для защиты КА от высокоскоростного ударного воздействия метеороидов содержит конструкцию, собранную из ячеек 2, сшитых между собой проволокой из нержавеющей стали 3. Ячейки имеют форму правильного многоугольника и выполнены из двух слоев металлической сетки 4, 5, обжатых по периметру п-образными металлическими полосками 6. В одном или в обоих слоях металлической сетки выполнены пуклевки 7, выпуклости которых контактируют с другим слоем. Преимущественно пуклевки выполнены на внутреннем слое 4 экрана 1 и обращены своими выпуклостями в сторону наружного слоя 5 экрана 1. Рекомендуемый зазор между слоями экрана составляет 10 мм. Пуклевки 7 выполнены в форме сферического сегмента, радиус которого R≥Н, где Н - расстояние между слоями экрана, мм. Пуклевки равномерно размещены по площади ячейки с шагом 30 см. Металлическая сетка 4, 5 выполнена из проволоки из нержавеющей стали диаметром 0,3…0,34 мм с размером ячеек 0,5…0,9 мм. Ячейки сшиты проволокой из нержавеющей стали диаметром 0,3…0,34 мм. Металлическая сетка приварена к п-образным металлическим полоскам 6.
При столкновении летящего с большой скоростью метеороида с КА создается ударное воздействие, первоначально воспринимаемое наружным слоем 5 экрана 1, и происходит внедрение элементов сетки 5 в тело метеороида, приводящее к разрушению метеороида и изменению скорости и направления движения его частиц. Проникшие через наружный слой 5 экрана 1 частицы метеороида встречаются с внутренним слоем 4 экрана 1, где, за счет внедрения элементов сетки 4 в тело метеороидных частиц, происходит их дальнейшее разрушение и изменение скорости и направления их движения до безопасных для КА величин.
При этом наличие пуклевок, обеспечивающих контактирование слоев экрана друг с другом, позволяет, с одной стороны, увеличить прочностные свойства нижнего слоя экрана, а с другой стороны, перераспределить нагрузки между наружным и внутренним слоями экрана при столкновении летящим с большой скоростью метеороидом, что повышает защитные свойства экрана при уменьшении его массы. Выполнение экрана сборным из ячеек, имеющих форму правильного многоугольника и сшитых между собой металлической проволокой, позволяет упростить технологию изготовления экрана и в целом повысить эффективность защиты КА от высокоскоростного ударного воздействия метеороидами.