Specjaliści ze szwajcarskiego instytutu inżynierii materiałowej i technologii EMPA zaprezentowali autorskie rozwiązanie w zakresie tłumienia drgań na potrzeby systemu PAS (Payload Adapter System), służącego do przenoszenia i rozmieszczania ładunków orbitalnych na pokładzie rakiet kosmicznych. Konstrukcja tłumika oparta jest o unikalne właściwości kryształów fononicznych.
Podczas wynoszenia na orbitę okołoziemską, wrażliwe podzespoły elektroniczne przenoszonych satelitów narażone są na drgania, wywołane wysokoenergetycznym spalaniem paliwa rakietowego i eksplozją ładunków wybuchowych, odpowiadających za separację członów nośnych rakiety. Lekka i sztywna konstrukcja adaptera ładunku wyklucza standardowe elementy sprężyste do tłumienia drgań. W zamian zaproponowano wykorzystanie kryształów fononicznych, metamateriałów o strukturze zaprojektowanej w celu uzyskania maksymalnej izolacji akustycznej, poprzez obecność pasm wzbronionych, a więc zakresów częstotliwości fal mechanicznych, które nie mogą rozchodzić się w danym ośrodku.
Jak tłumaczy Andrea Bergamini z EMPA, typowe kryształy mogą odbijać, rozszczepiać lub rozpraszać wiązkę światła, w nanometrycznym zakresie częstotliwości. Przy użyciu kryształów fononicznych podobny efekt można uzyskać dla fal dźwiękowych w zakresie częstotliwości od kilku centymetrów do kilku metrów. Odpowiednio zaprojektowana struktura takiego kryształu może zostać wykorzystana do selektywnego tłumienia najbardziej szkodliwych drgań niskiej częstotliwości.
We współpracy z firmą Beyond Gravity, kryształy fononiczne zintegrowano w konstrukcji adaptera PAS przy użyciu aluminiowych pierścieni, połączonych elementami z kompozytu CFRP, w konfiguracji umożliwiającej ograniczony obrót krystalicznych dysków tłumików. Tym sposobem drgania w kierunku osiowym nie są przenoszone przez adapter na ładunek, lecz zamieniane na ruch obrotowy. Rozwiązanie znajduje się w fazie prototypowej i jest dopracowywane pod kątem weryfikacji praktycznej. Docelowo może umożliwić wynoszenie w przestrzeń kosmiczną bardziej wrażliwych komponentów lub na tej samej zasadzie przyczynić się do redukcji masy istniejących satelitarnych systemów elektronicznych.
empa.ch
