Умные материалы часто используются в космической отрасли — от развертывания антенн на спутниках до деформации и перестройки марсоходов. Теперь инженеры предлагают еще одно эффектное применение — солнечные паруса, способные менять форму и превращаться в тепловой щит.
Пока зонд летит к цели, тончайший лист материала работает как солнечный парус и улавливает давление света, экономит топливо. Но у цели он «переворачивается» — и из двигателя превращается в броню. Плоское зеркало изгибается, словно металлический лепесток, превращается в конус или купол, который замедляет аппарат и защищает его от воздействия атмосферы.
Такой парусник, изменяющий форму, предложенный инженерами Университета Оберна Джозефом Иварсоном и Давиде Гуццетти, может радикально упростить конструкцию межпланетных зондов. Вместо двух отдельных систем — солнечного паруса и теплового щита — одна структура берет на себя обе функции.
Прежде чем переходить к прототипу, инженеры провели компьютерное моделирование. Сначала они нашли оптимальное пространство проектирования: как форма, масса и материал влияют на пиковую температуру и давление при входе в атмосферу. Затем — проанализировали возможные траектории для Земли, Марса, Титана, Урана и Нептуна.
Алгоритм подбирал компромиссы между нагревом и аэродинамической нагрузкой. Выяснилось, что охлаждение и устойчивость требуют противоположных решений: плоский лист тормозит мягче, но быстрее перегревается, а плотный конус выдерживает жар, но входит в атмосферу с большей скоростью.
Модели показали, что у Земли такой парус может снизить тепловую нагрузку на 20−25%, если сбрасывать его перед входом. На Марсе эффект оказался еще сильнее — нагрев можно уменьшить до 40%. Для Титана система оказалась слишком массивной, а для газовых гигантов — непригодной: скорости входа там сожгут любой материал.
Пока концепция существует лишь в цифровом виде. Но если расчеты подтвердятся в реальности, 3S способен стать новым стандартом для миссий к Марсу. Легкий, адаптивный и экономный — этот «умный парус» может не только поймать солнечный ветер, но и выдержать жар планетных атмосфер.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что Европа готовит новую миссию для поиска экзопланет.
