Межпланетные полеты и доставка грузов на МКС могут подешеветь

Учёные Санкт-Петербургского государственного университета представили программный комплекс PAINeT, предназначенный для более точного расчёта тепловых нагрузок при проектировании многоразовых космических аппаратов. Ожидается, что новая разработка позволит снизить массу тепловой защиты летательных средств и тем самым сократить стоимость выведения полезного груза на орбиту.



Снижение расходов на космические запуски является одной из ключевых задач национального проекта по развитию отрасли. Согласно опубликованным данным, к 2036 году планируется уменьшить стоимость доставки одного килограмма груза в космос с нынешних 500 тысяч рублей до 200 тысяч. Разработка специалистов СПбГУ может внести существенный вклад в достижение этой цели.

PAINeT даёт инженерам возможность более точно оценивать тепловые потоки, воздействующие на корпус аппарата, и проектировать облегчённые системы теплозащиты. За счёт уменьшения массы корабля появляется возможность увеличить объём полезной нагрузки без роста стоимости запуска, что напрямую влияет на экономическую эффективность космических миссий.

Как пояснил руководитель проекта, старший научный сотрудник кафедры гидроаэромеханики СПбГУ Владимир Истомин, тепловая защита необходима для предотвращения разрушения аппарата при экстремальном нагреве — например, при входе в атмосферу или полётах в плотных её слоях. При этом расчёты осложняются множеством физико-химических процессов, протекающих в высокотемпературных газовых потоках и приводящих к сильным неравновесным состояниям.

Ранее такие эффекты зачастую не учитывались, а инженеры использовали усреднённые экспериментальные данные и приближённые формулы. PAINeT позволяет отказаться от этих упрощений. Комплекс объединяет несколько расчётных модулей и специализированные базы данных, а также использует методы машинного обучения, ускоряющие вычисления без потери точности.

По словам разработчиков, архитектура PAINeT отличается от существующих аналогов сочетанием детальных кинетических моделей и нейросетевых алгоритмов. Это обеспечивает более корректный учёт таких параметров, как электронное возбуждение молекул, критически важное для определения тепловых потоков. В отличие от ряда существующих программ, новый комплекс не требует трудоёмкой доработки и обеспечивает высокую скорость расчётов «из коробки».

Разработка может найти применение в аэрокосмической промышленности при создании многоразовых аппаратов для доставки грузов на Международную космическую станцию, перспективную российскую орбитальную станцию, а также в рамках будущих межпланетных миссий. Кроме того, PAINeT будет востребован при проектировании высокоскоростных и гиперзвуковых летательных аппаратов, работающих в плотных слоях атмосферы, и при проведении фундаментальных научных исследований.

Дополнительным преимуществом комплекса является модульная структура: отдельные элементы и базы данных PAINeT могут интегрироваться в другие инженерные расчётные системы, повышая точность моделирования.

Читайте также: