Лаборатории НИИ прикладной математики и механики – выход в открытый космос

По предположению ученых, в видимой части нашей Вселенной находится: 10 миллионов суперструктур, 25 миллиардов галактических групп, 350 миллиардов больших галактик, 7 триллионов карликовых галактик, 30 миллиардов триллионов звезд. Млечный Путь – галактика, в которой находится Земля и вся Солнечная система. Согласно греческому мифу – это брызнувшее молоко богини Геры, когда она оттолкнула от себя земного сына Зевса – Геракла. По словам Татьяны Валентиновны Бордовицыной, заведующей отделом небесной механики НИИ ПММ ТГУ, профессора, доктора физико-математических наук, заслуженного работника высшей школы, Солнечная система находится в предпоследнем рукаве Галактики, на периферии, это достаточно разреженное место. И всё-таки опасность причинения значительного ущерба велика не только от столкновения, но и от достаточно близкого приближения малых небесных тел к Земле. Исследованием динамики малых космических объектов, представляющих опасность для Земли и занимается отдел небесной механики. Разрабатываются методы и программы, позволяющие осуществлять всесторонний анализ движения небесных объектов, прогнозировать их вероятностную встречу с Землёй.

Бордовицына Татьяна Валентиновна, заведующая отделом небесной механики

Исследования по динамике малых тел Солнечной системы и астрометрии в Томском университете были начаты в 1923г. профессором Н.Н. Горячевым и развивались его школой до 1940 г. После Великой отечественной войны осталось только два человека: доценты А.М. Лейкин и А.А. Сивков. Но им удалось возродить кафедру, подготовку студентов и научные исследования по астрономии.

В 1968г. в воссозданном НИИ ПММ при ТГУ была открыта лаборатория небесной механики, преобразованная в 1977г. после объединения с обсерваторией в отдел небесной механики и астрометрии.

Тонкости последних исследований имеют много интересного, но при первом приближении вряд ли будут понятны обывателю или чиновнику. Но это никогда не умаляло ценность исследования. Таким интересным явлением оказался «вековой резонанс». Томилова Ирина Владимировна, младший научный сотрудник отдела небесной механики достаточно ясно описывает актуальность проблемы: «По данным НАСА  в настоящее время в околоземном пространстве находится около 20000 объектов размером от 10 см и более. Вся эта масса неуправляемых объектов движется по законам небесной механики в сложном поле сил, определяемом гравитационным влиянием Земли, Луны и Солнца, и постоянно создает опасность столкновения с функционирующими объектами. Важным, но недостаточно изученным, возмущающим фактором в движении околоземных объектов являются вековые резонансы. Вековые резонансы – это наличие соизмеримости между скоростями изменения долготы перицентра (перицентр — (от пери... и лат. centrum центр) ближайшая к центральному телу (центру масс системы) точка орбиты космического тела планеты или спутника)  и долготы восходящего узла спутника (восходящий узел орбиты (также называемый северный) — точка, в которой движущееся по орбите тело пересекает условную плоскость в северном направлении, то есть переходит из южного полушария небесной сферы в северное)  с одной из собственных частот третьего тела (Луны или Солнца), к которым относятся среднее движение третьего тела и скорости изменения их долгот перицентра и восходящего узла. Характерной особенностью влияния ряда вековых резонансов является возрастание эксцентриситета орбиты объекта (эксцентрисите́т орбиты — числовая характеристика орбиты небесного тела), что существенным образом меняет положение орбиты в пространстве. В результате орбита отработавшего объекта становится отличной от номинальной, что может приводить к столкновениям отработавших объектов с функционирующими. Кроме того, при наложении резонансов может возникать хаотичность в движении объектов, что делает их движение плохо предсказуемым».

Одной из задач отдела небесной механики является анализ структуры резонансных возмущений отработавших объектов спутниковых радио-навигационных систем и разработка алгоритмов утилизации этих объектов. Это так называемый «космический мусор», его накопилось достаточно много, и он несомненно мешает. Самопроизвольно «сгореть» использованные спутники могут через сотню лет. Теоретически, путём изменения орбиты, этот срок можно уменьшить до десяти лет. Но понадобятся очень серьёзные энергетические затраты и финансирование.

Если отдел небесной механики занят изучением уже существующих небесных объектов, то лаборатория исследований конструкций из композиционных материалов занимается разработкой перспективных-спутников. В том числе НИИ ПММ по заказу АО «ИСС» им. академика М.Ф. Решетнева» в рамках опытно-конструкторских работ ПРИБОР-Рефлектор разрабатывает космические аппараты с крупногабаритными трансформируемыми антенными рефлекторами.

– Сегодня такими разработками занимаются многие страны, в том числе США и Китай, – рассказывает заведующий лабораторией исследования конструкций из композиционных материалов НИИ ПММ ТГУ, доктор физико-математических наук Сергей Васильевич Пономарев. – Трансформируемый крупногабаритный рефлектор можно использовать для спутниковой телефонии, для зондирования Земли, исследования реликтовых излучений Вселенной и т.д. В настоящее время исследователи ТГУ создают компьютерные модели трансформируемых рефлекторов диаметром  до 100 метров с длительным сроком активного существования (не менее 15 лет). При помощи суперкомпьютера СКИФ Cyberia и других серверов НИИ ПММ ТГУ просчитываются механические, тепловые и радиотехнические характеристики объекта. Разрабатывается компактная комплектация рефлектора для доставки на орбиту.

Второй темой федерально-целевой программы (ФЦП) является «Разработка    микролинейных   пьезоприводов исполнительных  устройств космических аппаратов». (Пьезоэлектри́ческий эффе́кт (от греч. piézō (πιεσο) — давлю, сжимаю) — эффект возникновения поляризации диэлектрика под действием механических напряжений (прямой пьезоэлектрический эффект). Для пьзоприводов используется обратный пьезоэффект. Это позволит создать привода для космической техники малой массы

Третья тема ФЦП - «Прикладные научные исследования в области низкотемпературной керамики на основе микронных, субмикронных и наноразмерных порошковых составов». Ранее сырьё из низкотемпературной керамики закупалось за рубежом. Сегодня, благодаря усилиям учёных НИИ ПММ, появились перспективы создания такого сырья в России.

Теоретические и практические разработки учёных НИИ прикладной математики и механики могут позволить сегодня иначе взглянуть на просторы вселенной, небо ночных звёзд всё ещё таинственно, но многие загадки раскрыты. Тем увереннее сегодня Человек выходит в открытый космос.

Материал подготовила Т.Котляревская