Более безопасные шлемы и более мягкие посадки: инженеры Университета Висконсин-Мэдисон создали новый фреймворк для быстрого проектирования ударопоглощающих пеноматериалов. В отличие от привычной практики рассматривать только механические свойства пены, подход сразу учитывает еще и геометрию — толщину и площадь накладки — и подсказывает, как достичь необходимой безопасности без лишнего веса и объема. Это сокращает месяцы проб и ошибок в лаборатории, а область применения расширяется от спортивных и военных шлемов до амортизаторов посадочных опор космических аппаратов.
Команда показала, что в ряде сценариев пены с нелинейной кривой напряжения — деформации могут превосходить традиционные материалы, ориентированные на плато деформации, особенно когда требуются тонкие и легкие защитные накладки. Авторы собрали все в удобные карты дизайна, где по заданным пределам ускорения / нагрузки фреймворк выдает оптимальные комбинации толщины, площади и параметров материала.
Чтобы продемонстрировать метод, исследователи оптимизировали архитектурированные VACNT-поры (поры из вертикально выровненных углеродных нанотрубок), которые сочетают малую плотность с высоким поглощением энергии и почти полным восстановлением после сильного сжатия.
Посадочные опоры луноходов и зондов, узлы крепления оптики и электроники телескопов, виброизоляция при выводе на орбиту — все эти элементы требуют точного баланса между массой, толщиной и уровнем защиты. Новый фреймворк позволяет задать допустимые пиковые ускорения и сжатие и получить самые тонкие / легкие вставки, которые выдержат посадочный удар или вибрационные нагрузки во время старта. VACNT-пины, которые сохраняют свойства в широком диапазоне скоростей деформации и температур, особенно привлекательны для экстремальных космических условий.
Чтобы инновации вроде ударопоглощающих материалов действительно полетели в космос, нужен безупречный план — от первой идеи до старта и возвращения. Как формируют научные цели, пишут требования, проходят PDR/CDR, согласовывают окна запуска и готовят резервные сценарии? В нашем материале простые объяснения, наглядные схемы и примеры из миссий NASA/ESA. Хотите увидеть, как на самом деле рождается космическая миссия? Переходите по ссылке на статью «Как планируются космические миссии: от идеи до запуска и обратно».
По материалам nature, engineering.wisc, interestingengineering
