Прорывные идеи в сфере изучения космоса генерируются научными центрами по всему миру. Один из таких центров в России - Томский политех, в котором вместе с Институтом физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН) и ракетно-космической корпорацией "Энергия" создаются новые "космические" технологии и материалы.
Главный эксперимент
Ученые ТПУ планируют разработать методики, которые позволят проектировать модули космических аппаратов с учетом многоуровневости. Проект "Исследование воздействия динамических нагрузок на корпусные элементы модуля российского сегмента Международной космической станции с использованием многоуровневого динамического моделирования" включили в долгосрочную программу экспериментов на МКС в конце 2019 года.
"Эксперимент утвержден, он прошел все предварительные согласования. Сейчас мы должны составить техническое задание, согласовать его с Роскосмосом и заключить договор. Реализация проекта начнется в 2020 году, - утверждает директор Инженерной школы новых производственных технологий ТПУ Алексей Яковлев. - У нас уже есть примерный календарный план эксперимента. Первый этап - изготовление эскизной документации на разрабатываемую научную аппаратуру и разработка отечественных программных продуктов. Затем проектирование модельных объектов, их испытания, корректировка рабочей документации с учетом полученных результатов. Потом подготовка окончательной документации на научную аппаратуру, ее непосредственное изготовление, обучение космонавтов работе на этих приборах и отправка их на МКС для проведения экспериментов. В итоге собранные в космосе данные будут проанализированы, будет выдано заключение".
Цель эксперимента заключается в разработке методик, которые позволят проектировать модули космических аппаратов с учетом многоуровневости, то есть моделирования как на уровне материалов, так и на уровне конструкции в целом. При разработке космических аппаратов такая многоуровневая методика необходима для того, чтобы учитывать, как те или иные материалы, из которых сделаны элементы аппарата, будут влиять на него при запуске на орбиту и работе в космосе.
Необходимые для анализа данные ученые хотят получить, установив специальные датчики на универсальный узловой модуль "Причал" - один из планируемых к запуску модулей российского сегмента МКС, изготовленный РКК "Энергия". В ходе эксперимента томские ученые будут анализировать конструкцию "Причала" с точки зрения структуры материала, чтобы выяснить, каким образом она влияет на его функциональные свойства. В дальнейшем полученные данные будут полезны при создании специальных модельных объектов, на которых будут проводить испытания по воздействию внешних факторов - механических и акустических нагрузок, возникающих дефектов конструкции и т. д.
В качестве модельного объекта, на котором мы с коллегами будем проводить испытания, будет выступать прообраз элемента конструкции МКС, изготовленный из тех же материалов, что используются на станции. С помощью высокотехнологичного оборудования мы должны верифицировать полученную модель, чтобы научиться прогнозировать поведение узлов МКС в космосе.
3D-печать и наноспутники
Помимо проекта "Исследование воздействия динамических нагрузок на корпусные элементы модуля российского сегмента Международной космической станции с использованием многоуровневого динамического моделирования" в программу экспериментов на МКС вошли еще три проекта томских ученых: "Пересвет", "Рой малых космических аппаратов (МКА)" и "3D-печать". Техническое задание по всем трем проектам уже согласовано с РКК "Энергия", основные работы по ним начнутся в 2020 году.
"Программа экспериментов утверждена. Нам пришли письма от РКК "Энергия", чтобы мы начали процедуру заключения договоров. Финансирование поступит от РКК "Энергия" в 2020 году, этих денег хватит на эксперименты на МКС", - рассказывает о ходе работы Алексей Яковлев.
Каждый проект должен решить важные задачи для работ на МКС. Например, проект "Пересвет" призван укрепить иллюминаторы МКС путем нанесения многослойного нанокомпозитного покрытия. При бомбардировке космическим мусором и микрометеоритами радиусом 50-60 мкм со скоростью 6-8 км/с на стеклах иллюминаторов образуются "кратеры". Использование покрытия в три раза снижает их количество на 1 кубический сантиметр.
Проект "Рой малых космических аппаратов (МКА)" связан с испытаниями наноспутников - космических аппаратов, которые запускать на орбиту может вышедший в открытый космос космонавт, просто выпустив их из руки. В перспективе такие аппараты будут работать в группах, выполняя задачи, связанные с навигацией и обеспечением связи, а также смогут ремонтировать друг друга прямо на орбите.
В ходе проекта "3D-печать" ученые отправят на МКС разработанный специалистами ТПУ 3D-принтер, который печатает изделия из композитных материалов. С его помощью можно создавать особо прочные, но при этом легкие инструменты прямо на борту станции. В дальнейшем программу планируют расширить и испытать возможности 3D-печати в открытом космосе.
По словам Яковлева, в 2020 году ТПУ приступит к экспериментам и до конца 2021 года изготовит макеты оборудования для печати, а также по два устройства для эксперимента - один для испытания в космосе, а другой - для контроля на Земле. В конце 2021 года техника отправится на космическую станцию.