Секрет мягкой посадки многоразовых ракет кроется в свойствах оригами
Космический аппарат Falcon 9, разрабатываемый компанией SpaceX, предназначен для многократного использования, и это значит, что мягкость его посадки не менее важна, чем успешное приземление олимпийских чемпионов по гимнастике, рассчитывающих выиграть золотую медаль.
При посадке ракеты ее опоры подвергаются мощному ударному воздействию при соприкосновении с посадочной площадкой. Один из способов решения этой проблемы заключается в изготовлении этих опор из материалов, поглощающих часть импульса, тем самым смягчая удар.
Учёные Вашингтонского университета, вдохновившись японским искусством складывания бумажных «оригами», разработали новое решение для ослабления ударных нагрузок. Они создали бумажную модель метаматериала, в котором применяется принцип «упругих складок», предотвращающих передачу импульса, путем его перераспределения «по цепочке» внутри материала.
Джинку Ян, доцент кафедры аэронавтики и астронавтики Вашингтонского университета, утверждает, что если человека, надевшего защитный шлем из такого материала, ударить чем-либо по голове, он не почувствует удара, а лишь лёгкое потягивание.
«К тому времени, когда энергия достигнет головы, она уже потеряет силу толчка, и это уже будет тянущее усилие», — сказал эксперт.
Разработанный Яном и его командой метаматериал обладает нужными им свойствами благодаря тому, что он состоит из специально спроектированных ячеек, которые, при приложении к ним силы, складываются по заранее рассчитанным складкам, смягчая воздействие, а после прекращения воздействия принимают прежнюю форму. Из 20 ячеек был собран действующий цилиндрический прототип.
К созданному прототипу с одной стороны было приставлено толкающее устройство, и разработчики вели наблюдение за работой прототипа с использованием шести камер GoPro.
Данное наблюдение показало интересный результат – несмотря на то, что толчок давал импульс прототипу, пружинящие ячейки не позволяли этому импульсу дойти до противоположного конца, вместо этого до конца доходила обратная импульсу сила натяжения, с ускорением распространявшаяся по цепочке, когда ячейки возвращались в своё первоначальное состояние. Таким образом, конечные ячейки в цепи подвергались только силе натяжения, тянущей их в сторону толкающего устройства.
Ян считает, что разрабатываемый ими материал обязательно найдёт применение во многих отраслях экономики и производства.
27.05.2019 15:54
