Инженеры напечатали на 3D-принтере алюминиевые «яйца», заполнили их водой — и выяснили, что они гасят скорость космического мусора на 65% лучше обычных щитов. Природа снова оказалась умнее инженеров.
На орбите Земли — миллионы обломков, каждый из которых летит со скоростью пули. Даже крошечная частица пробивает обшивку насквозь.
Секрет — в кооперативной деформации: удар по одному «яйцу» распределяется по всей структуре.
Учёные сравнили три конструкции: простые пластины, сферы с водой и «яйца» с водой. Вот насколько каждая гасит скорость снаряда.
Три 3D-печатные алюминиевые конструкции прошли симуляции гиперскоростных ударов.
Яичная скорлупа — «идеальная упаковка природы». Её структура десятилетиями вдохновляет инженеров.
Карбонат кальция встроен в белковую матрицу — прочно и гибко одновременно.
Структура скорлупы похожа на зубную эмаль и раковины моллюсков.
Тонкая внутренняя плёнка дополнительно укрепляет скорлупу.
Так скорлупу называют за оптимальное соотношение прочности и веса.
Трюк с хождением по яйцам: вес распределяется по всей поверхности.
Самая прочная часть яйца — узкий кончик, его и ставят к пластине.
Одиночная скорлупа ломается легко, но массив «яиц» работает иначе — распределяет удар.
Щиты Уиппла есть, но мусора становится больше — нужны новые решения.
Пока это ранние результаты — нужны новые эксперименты для доработки.
Плескаясь внутри, вода рассеивает энергию и не даёт волне распространяться.
«Яичный» щит гасит скорость на 14 п.п. лучше простых пластин.
Самая эффективная конфигурация — яйца вертикально, узким концом к пластине.
Это яркий пример того, как инженерия заимствует решения у природы. Скорлупа, которую мы выбрасываем каждое утро, — образец оптимальной защиты.
3D-печать алюминия с водой — потенциально дешёвая альтернатива сложным многослойным щитам.
Простая вода оказалась эффективным гасителем ударных волн — без дорогих материалов.
С 2011 года, когда завершилась программа шаттлов, мусора на орбите стало только больше. Защита кораблей будущего — критическая задача.
«Одиночная скорлупа ломается от локальной силы, но механизм защиты массива яиц совершенно иной, — говорит соавтор Юйсинь Ван. — Кооперативная деформация превращает локальный удар в распределённое рассеивание энергии». Природа снова подсказала инженерам путь.
«Кооперативная деформация превращает локальный удар в распределённое рассеивание энергии»
Пока это ранние результаты, но направление ясно: защита космических кораблей будущего может прийти из самого неожиданного места — из кухни.