Созданные в МАИ модели расчёта помогут улучшить теплоизоляцию спутников и обитаемых космических модулей

Фото: Пресс-служба МАИ / Личный архив

В МАИ разработали расчётные модели, которые позволят улучшить защиту космических аппаратов от экстремальных температур. Они могут быть востребованы при создании теплоизоляции спутников нового поколения, межпланетных станций и обитаемых модулей. Разработанный подход даст возможность проектировать  теплозащиту с гарантированными характеристиками, уменьшенной массой и повышать точность прогнозирования теплового режима аппаратуры на всех этапах полёта.

Проект реализуется в рамках госзадания Министерства науки и высшего образования РФ и при поддержке Российского научного фонда. Результаты будут внедрены на предприятиях Роскосмоса.

Работа направлена на конкретный вид теплоизоляции – экранно‑вакуумную (ЭВТИ). Это многослойная конструкция, состоящая  из нескольких десятков слоёв тонкой синтетической плёнки с металлическим покрытием, которая отражает тепловое излучение. Между ними располагаются прокладки из специальных волокнистых материалов с низкой теплопроводностью. Они не дают слоям напрямую соприкасаться друг с другом, что дополнительно снижает теплопередачу. ЭВТИ особенно эффективна в космосе: в условиях вакуума передача тепла через воздух исключена, а отражающие плёнки успешно блокируют тепловое излучение. 

– Традиционно используемая модель расчёта ЭВТИ имеет серьёзный недостаток: она предполагает, что тепло распространяется мгновенно. В земных условиях это почти не влияет на точность, а вот в космосе такие расчёты дают ошибки. Мы предложили новый подход к моделированию теплопереноса, который позволит сделать процесс проектирования защиты быстрее и точнее, – отметила соавтор проекта, аспирант кафедры 610 «Управление эксплуатацией ракетно-космических систем» МАИ Мария Егорова.

Проект включает построение двух взаимодополняющих расчётных моделей: аналитической и математической. Первая поможет инженерам на ранних этапах проектирования оценить, насколько эффективно будет работать тот или иной вариант ЭВТИ. Модель показывает, как толщина слоёв и свойства материалов влияют на способность изоляции сопротивляться передаче тепла. Это позволяет сразу отбросить неудачные варианты и сосредоточиться на самых перспективных решениях.

Математическая модель учитывает конечную скорость распространения тепла и реалистично описывает, как оно переносится внутри изоляции. Если старые методы давали погрешности, новый поможет инженерам точнее рассчитать, какой будет температура внутри аппарата в условиях космоса.

Проект находится на этапе экспериментальных исследований, в рамках которых специалисты сопоставляют результаты проведённых расчётов с реальными измерениями. Параллельно идёт адаптация моделей для использования в инженерных работах: она включает оптимизацию алгоритмов, упрощение ввода исходных данных и обеспечение совместимости с существующими отраслевыми стандартами. Цель этого этапа — сделать новую методику максимально удобной для использования.

В перспективе планируется создание программного модуля для интеграции в системы проектирования теплозащиты. Такой инструмент позволит унифицировать подходы к расчёту теплоизоляции в разных конструкторских бюро и компаниях.