Челябинск стал площадкой для реализации одного из самых громких проектов последних лет. Речь идет о создании системы защиты Земли от космической опасности на базе Южно-Уральского государственного университета.
Многие помнят Челябинский метеорит, упавший 15 февраля 2013 года. Уникальное астрономическое явление сопровождалось яркой вспышкой и ударной волной, которая нанесла ущерб зданиям сразу в нескольких городах Южного Урала. К счастью, визит космического гостя обошелся без человеческих жертв. Диаметр метеорита, по оценкам экспертов, не превышал 20 метров. Что же будет, если такой объект будет иметь диаметр около 400 метров? По прогнозам, это событие ожидает нашу планету уже через 12 лет - астероид Апофис в апреле 2029 года сблизится на опасное расстояние с Землей. За это короткое время ученому миру необходимо разработать лучший способ защиты планеты, воплотить его в реальные конструкции, испытать и удостовериться в его надежности.
Ученые со всего мира уже разработали ряд предложений по защите Земли от астероидов. Наиболее перспективной считается стратегия, когда к астероиду с помощью ракеты доставляется мощный заряд, позволяющий изменить траекторию движения космического тела или разрушить его, превратив в несколько менее опасных обломков меньшей массы. Исследования в этом направлении проводятся на базе крупнейшего вуза Южного Урала.
Руководитель центра "Материаловедение и нанотехнологии" Южно-Уральского государственного университета (НИУ ЮУрГУ) Сергей Сапожников рассказал: "Мы сложили из всех работ в университете, содержащих интересные идеи, комплексное предложение. Оно может быть полезно в решении проблемы астероидной безопасности не когда-нибудь, через 100 лет, а уже в ближайшее время".
Свой проект под названием "CleanSpace" ("Чистый космос") челябинские ученые представили на суд Международного научного совета ЮУрГУ, который поддержал эти предложения и посоветовал войти в коллаборации с международными организациями, которые занимаются этими масштабными задачами.
Проект челябинских ученых состоит из нескольких направлений. Во-первых, это разработка композитных материалов, которые будут использоваться при создании легких конструкций космических кораблей (damage tolerant structures).
Они позволят кораблю стабильно работать даже при наличии сквозного повреждения. Также ученые планируют создать защиту для членов команды корабля, наподобие противоосколочных бронежилетов военнослужащих.
Во-вторых, ученые разрабатывают эффективную и долговечную двигательную установку для управления полетом, которая бы смогла обеспечить быстрый запуск и отключение системы управления космического корабля, чтобы точно выполнить заданную траекторию полета к астероиду.
Кроме того, ученые из "метеоритного города" работают над технологией производства сложных деталей из порошковых металломатричных композитных материалов, используя селективное лазерное сплавление. Это решит проблему собственного производства таких порошков и технологии их модификации при производстве деталей ракетных двигателей.
Помимо астероидной опасности существует проблема космического мусора, который практически неконтролируем на высоких скоростях. Периодически он падает на Землю, довольно часто выводит из строя околоземные спутники. Поэтому космический мусор станет реальной угрозой орбитальным заводам, на которых будут собирать межпланетные корабли для борьбы с астероидами. Решением этой проблемы челябинские ученые видят систему управления космическими кораблями через алгоритмы навигации. Она позволит добиться гарантированной защиты спутников от космического мусора.
"Одна из ключевых задач современной науки и технологий - сокращение сроков разработки новой техники и снижение ее стоимости без ущерба надежности. На сегодняшний день это возможно достичь путем использования вычислительных ресурсов суперкомпьютеров и современного программного обеспечения. Это позволит заменить часть натурных испытаний виртуальными. Из множества смоделированных вариантов конструкций можно будет выбрать лучшую, которая в дальнейшем и будет участвовать в реальных испытаниях", - сказал Сергей Сапожников.
В связи с этим перед учеными ЮУрГУ сравнительно недавно была поставлена задача: создать "Цифровую суперкомпьютерную модель ракеты". Это подразумевало полноразмерное моделирование движения ракеты по траектории (от момента старта до конца активного участка), учитывая все факторы, с которыми бы столкнулась ракета при реальном запуске: масштаб, время, работа агрегатов двигательной установки, динамика конструкции, аэродинамическое обтекание и их взаимное влияние. Однако, по словам ученых, в ближайшие 5-10 лет эту задачу в полном объеме решить
будет невозможно, так как понадобится слишком много времени. К тому же, результаты такого подхода имеют высокую вероятность погрешности. Поэтому ученые предлагают смоделировать процесс в отдельные блоки ракеты и стыковать их друг с другом, как конструктор, с помощью соответствующих LMS-алгоритмов. Это весьма сложная задача, но, тем не менее, она выполнима с помощью широких возможностей суперкомпьютеров.
Челябинские ученые сосредоточили усилия на создании упрощенной цифровой суперкомпьютерной модели ракеты на базе российского программного обеспечения, а также подробном моделировании агрегатов и узлов ракеты, виртуальной испытательной среды и возможных аварийных ситуаций.
Ученые планируют, получить серьезные результаты от проекта и тем самым заложить "кирпичик" в здание научно-технологической базы решения проблемы астероидной безопасности нашей планеты.