Ученые Санкт-Петербургского государственного университета разработали программный комплекс PAINeT, который помогает точнее рассчитывать тепловую защиту многоразовых космических аппаратов. Это напрямую влияет на их массу, а значит, на стоимость доставки грузов на орбиту.
Чем тяжелее корабль, тем дороже обходится каждый килограмм полезной нагрузки. Сейчас его выведение оценивается примерно в 500 тысяч рублей, а к 2036 году планируется снизить эту сумму до 200 тысяч. Один из реальных способов приблизиться к цели — убрать из конструкции лишний вес, не жертвуя безопасностью. Именно эту задачу и решает PAINeT.
При входе в атмосферу и полете в плотных слоях воздуха на высотах около 10−20 км корпус аппарата сталкивается с экстремальными тепловыми нагрузками. Газ вокруг него нагревается, вступает в химические реакции, ионизируется и перестает находиться в равновесии. Такие эффекты напрямую влияют на тепловые потоки, но долгое время в инженерных расчетах их учитывали лишь приближенно — точные модели были слишком сложными и требовали больших вычислительных ресурсов.
PAINeT позволяет уйти от этих упрощений. В программном комплексе объединены детальные физико-химические модели, специализированные базы данных и инструменты машинного обучения, которые ускоряют расчеты. Это дает возможность учитывать процессы, важные для оценки нагрева, включая электронное возбуждение молекул, и получать более надежные значения тепловых нагрузок.
Более точные расчеты позволяют проектировать облегченную тепловую защиту без избыточных запасов. В результате масса аппарата уменьшается, в него можно загрузить больше полезного груза, а стоимость доставки одного килограмма снижается без изменения цены запуска.
Разработка выполнена при поддержке грантов Российского научного фонда. PAINeT уже сейчас может применяться при проектировании многоразовых кораблей для полетов к МКС и перспективной российской орбитальной станции, а в дальнейшем — для миссий к другим небесным телам. Кроме того, комплекс подходит для задач авиации, включая расчеты для гиперзвуковых летательных аппаратов, работающих в плотных слоях атмосферы. Отдельные модули PAINeT можно интегрировать в другие инженерные программы, повышая точность расчетов в критически важных узлах.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что Роскосмос определил зону для изучения Луны с помощью лунохода.
