Отзывы оппонентов 1 (Расчетно-экспериментальные методы исследования прочности трансформируемых модулей орбитальных станций при воздействии осколочно-метеороидной среды)

В диссертационный совет Д 212.125,05 при ФГБОУ ВПО "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" МАК 125993, г, Москва, А-80, ГСП-З, Волоколамское шоссе, д, 4 официального оппонента на диссертацию Голденко Натальи Александровны «Расчетно-экспериментальные методы исследования прочности трансформируемых модулей орбитальных станций при воздействии Осколочнометеороидной среды», представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 01,02.06 — «Динамика, прочность машин, приборов и аппаратуры» Диссертация Голденко Н.А. посвящена актуальной и практически важной теме обеспечения защиты модулей орбитальных станций от воздействия осколочно-метеороидной среды.

Защита от высокоскоростного удара космических тел требуется в связи с их реальной угрозой, как для всей планеты в целом (астероидная опасность), так и для космических аппаратов (КА) и их зкипажей (осколочно-метеороидная угроза). Хотя сама проблема обеспечения защиты КА и разработки расчетно-зкспериментальных методов подтверждения ее функциональности не является новой, но вследствие накопления техногенного кОсмического мусОра и возрастания егО ОпаснОсти, а также с учетом интенсивного развития технологий синтеза новых высокомодульных композитных материалов и конструктивных Средств защиты из них, актуальность выбранной диссертации не вызывает сомнений.

Несмотря на свою актуальность, проблема разработки защиты от высокоскоростного удара не решена даже в случаях реальной опасности для жизнедеятельности человека. В планетарном масштабе человечество в принципе не способно в настоящее время защититься от опасного сближения с Землей астероидов или комет диаметром более 1км. Современные КА и орбитальные Станции не обеспечены средствами констру~тивной защиты, способнои противостоять высокоскоростному удару космической частицы с размером, превышающим 1 ем и скоростью более 10км/с, что с большой вероятностью может привести к катастрофическим последствиям. Невозможность обеспечения защиты во многом определяется отсутствием соответствующего научно-методического аппарата.

Как известно, в настоящее время мы не способны численно моделировать откольные разрушения твердых тел с требуемой для практики точностью, не говоря уже о фрагментации ударника и преграды, носящей, как правило, случайный характер, Более того, во многих случаях экспериментальное исследование ударного воздействия на натурные конструкции с защитными экранами оказывается либо принципиально невозможным, либо слишком дорогостоящим, либо и, как правило, малоинформативным.

Выходом из положения может быть сочетание расчетных и экспериментальных методов, именно этот подход и используется соискателем в диссертации. Одним из перспективных и успешно развивающихся средств конструктивной защиты являются трансформируемые модули, в основе которых лежит надувная гермооболочка из мягкого полимерного материала с защитными слоями из органоткани, легко складывающимися вместе с ос но~ной конструкцией. Такие разворачиваемые после вывода КА на орбиту защитные системы оказываются весьма эффективными, но их расчетно-экспериментальная отработка остается пока еще одной из нерешенных задач динамической прочности конструкций КА. Поэтому выбор диссертантом цели работы 1совершенствование расчетно-экспериментальной прочностной отработки трансформируемых модулей орбитальных станций при воздействии осколочнометеороидной среды) представляется обоснованным и перспективным.

Наиболее существенными результатами, полученными соискателем и определяющими научную новизну и научно-практическую значимость работы, являются следующие. 1. Разработана комплексная расчетная модель высокоскоростного воздействия осколков космического мусора (ОКМ) на трансформнруемый модуль, имеющий набор разнесенных в пространстве защитных многослойных тканевых экранов, на основе сочетания КРН-метода для расчета экранов и аналитического метода для прогнозирования прочности газосодержащей гермооболочки, нагруженной распределенным по поверхности импульсом давления.

Достоверность отдельных частей модели обосновывается посредством сравнения результатов расчетов с экспериментальными данными на протяжении всей работы. 2. Впервые разработано взрывное метательное устройство ГВМУ), обеспечивающее проведение прочностных испытаний конструкций на ударное воздействие компактных алюминиевых частиц массой до 1 г и со скоростями в диапазоне 7...11 км/с. Успех этой разработки обусловлен многоплановым 1рассматриваются различные постановках задач и цели расчетов) моделированием процессов в устройстве с целью определения рациональных параметров.

Следует отметить умелое сочетание автором расчетного и экспериментального подхода в этой части исследований и во всей диссертации в целом. 3. Впервые получен ряд уникальных и практически важных результатов 1зависимость поглощенной энергии от состава и геометрии многослойной экранной защиты, экспериментальное подтверждение реализации вытеснительного механизма образования кратера в определенном интервале скоростей, расчетное доказательство неэффективность равномерного разнесения экранов и равенства их толщин, а также ряд других), Достоверность научных результатов и выводов диссертации Голденко Н.А. обусловлена: корректной физико-математической постановкой рассматриваемых задач; выбором современных численных методов и программных продуктов для их реализации, сравнением расчетных и экспериментальных данных.

Диссертация Голденко Н.А. объемом 169 страниц состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. В работе содержатся 153 рисунка, 24 таблицы и 130 библиографических ссылок. Во ~~еде~ни Обоснована актуальность исследований, сформулированы цель и задачи работы, показаны ее научная новизна, а также теоретическая и практическая зна 'имости, сформулированы положения, выносимые на защиту. В первой главе представлены данные об осколочно-метеороидной обстановке, характеристиках высокоскоростных частиц и динамике роста их количества.

Рассмотрены существующие модели осколочно-метеороидной среды. Отмечено, что основную опасность для долговременных орбитальных станций и КА представляют ОКМ массой до 1 г и размером до 10 мм. Далее описаны основные физические принципы защиты КА и сформулированы требования к конструкции многослойной трансформируемой гибкой оболочки для реализации этой ззшитьь Гроведен детзльныи сравнительный анализ метательных устройств для Генерации высокоскоростных компактных частиц, Сделан вывод о необходимости разработки ВМУ и найден его прототип. Вторая глава посвящена разработке комплексноЙ ~ис~е~~ой ~одели раечка прочности трансформируемых модулей КА с защитными экранами. Использовался гибридный подход, заключающийся в сочетании численного и аналитического методов: расчет облака осколков на основе численного БРН- метода и аналитический прочностной расчет газосодержащей гермооболочки.

Гибридный подход позволил существенно упростить модель без потери точности. В этой части работы диссертант продемонстрировал хорошее знание различных моделей сплошной среды и умение их использования с учетом конкретных особенностей задачи. Отметим, чтс численное моделирование этой задачи целиком стандартными методами ~например, ЗРИ-методом) вряд ли возможно в принципе. Как итог расчетных исследований, полу ген практически важный вывод 0 Возможности обеспечения прочности защищаемой надувноЙ Гермооболочки при ударе алюминиевой частицы диаметром 10,3 мм со скоростью до 7км/с. Этот вывод подтвержден и при испытаниях многослойного трансформируемого модуля РКК «Энергия» со встроенной экранной защитой. В третьей главе проводится поиск рациональных параметров разрабатываемого ОМУ на осноВе численноГО моделирования Газодинамических процессов с помощью программного комплекса АХЯУЯ~АСТОИХ.

Автор работы д"монстрирует уверенное владение этим программным комплексом. Полученные результаты и их особенности показывают, что без ~~польз~ван~я численного моделирования создание взрывного устройства было бы очень затратным нли даже неосуществимым. Результаты многочисленных систематических расчетов позволили диссертанту систематизировать полученные данные с помощью регрессионных моделей.

Наличие такой систематизации дает возможность оперативно проектировать разработанное метательное устройство для заданных параметров ОКМ. В заключительной четвертой главе диссертации представлены результаты экспериментальной отработки ВМУ.При этом одной из основных целей помимо отработки самого устройства было экспериментальное подтверждение результатов численных расчетов. В итоге не только показана работоспособность и разработанного ВМУ, но и получила экспериментальное эффективность подтверждение газодинамическая методика, использующая комплекс АЯКУЧО/А1Л'100УХ. Последнее весьма важно, поскольку в настоящее время мнение об этом комплексе и достоВерности пслучаемых с его помощью результатов в кругу специалистов-расчетчиков газодинамических задач расходятся. В заключении к диссертации изложены основные результаты и выводы работы. Таким образом, диссертационная работа Голденко Н.Л.

выполнена иа высоком научном уровне, содержит ряд новых результатов, имеющих важное значение для практики, Выводы диссертации, сделанные на основе полученных расчетно-экспериментальных результатов, являютсл сбоснован ными и их достоверность не вызывают сомнений. Результаты диссертации неоднократно докладыВались на отраслевых и Всероссийских конференциях, ОпубликоВанные В научной печати данные содержат полную информацию с полученных результатах.