Космические аппараты обычно защищают от столкновений с обломками с помощью экранов Уиппла. Такая система состоит из тонкого внешнего слоя и промежутка между ним и корпусом аппарата. При ударе экран разрушает частицы мусора и распределяет энергию столкновения по большей площади стенки.
Исследователи решили повысить эффективность этой защиты, использовав геометрию яичной скорлупы. Они напечатали на 3D-принтере три варианта алюминиевых конструкций: обычные пластины, заполненные водой алюминиевые сферы между пластинами и ячеистые элементы в форме скорлупы, также наполненные водой. Затем специалисты провели компьютерное моделирование высокоскоростных ударов и испытания образцов с помощью легкогазовой пушки.
Наилучший результат показали конструкции с водонаполненными ячейками в форме скорлупы. Они выдерживали значительные нагрузки и снижали скорость снарядов почти на 65 процентов. Для сравнения, обычные алюминиевые пластины уменьшали скорость только на 51 процент.
Вода внутри ячеек помогает рассеивать энергию удара и препятствует распространению ударных волн. Дополнительные испытания показали, что наиболее эффективной оказалась конфигурация, в которой элементы установлены вертикально, а их узкие концы соприкасаются с верхней алюминиевой пластиной. Авторы считают, что конструкцию необходимо дополнительно доработать и проверить в новых экспериментах.
«Одна яичная скорлупа легко ломается при локальном воздействии, однако механизм защиты массива скорлупы полностью отличается», — заявил соавтор работы Юйцинь Ван из Даляньского технологического университета, слова которого приводит Ars Technica. По его словам, совместная деформация ячеек преобразует локальную ударную нагрузку в распределённое рассеивание энергии по всей метаструктуре, что заметно повышает защитные свойства пластин.
Результаты исследования опубликованы в Journal of Applied Physics в 2026 году. Работа доступна по DOI 10.1063/5.0324502.