Стальные бутоны на орбите: как космические аппараты научились распускаться как цветы

Что, если ключ к созданию мощнейших космических телескопов будущего скрыт в древнем искусстве складывания бумаги? Последнее открытие в области оригами, вдохновлённое самой природой, обещает революцию в проектировании космических аппаратов, делая его проще и надёжнее.

Инженеры давно используют принципы оригами для создания конструкций, которые можно хранить в компактном свёрнутом состоянии, а затем разворачивать в космосе до полного размера. Проблема в том, что традиционные схемы складывания зачастую чрезвычайно сложны. Любая ошибка или заклинивание всего одного элемента могут сорвать раскрытие всей конструкции, поставив под угрозу многомиллионную миссию.

Группа исследователей под руководством Ларри Хауэлла из Университета имени Бригама Янга (штат Юта) совершила прорыв, открыв новое семейство фигур оригами, получившее название "цветочные узоры". Эти конструкции раскрываются одним плавным и непрерывным движением, образуя изящную чашеобразную структуру, напоминающую бутон.

"Мы можем создавать новые вещи, которые никогда не делались раньше, но при этом мы создаём эти прекрасные формы", — говорит Хауэлл.

Принцип работы и математическая красота

Хотя отдельные примеры подобных "распускающихся" фигур были известны энтузиастам и ранее, команда Хауэлла впервые выявила их общую черту и описала строгое математическое обоснование. Все они обладают единым принципом построения: многоугольный центр, окружённый идентичными симметричными складками. Это позволяет всей конструкции трансформироваться из плоского тонкого диска в объёмную изогнутую трёхмерную форму одним движением.

Классифицировав различные варианты узоров и разработав для них точные математические модели, исследователи перешли от теории к практике. Они создали работающие прототипы из материалов разной толщины и жёсткости — от пластика до толстых акриловых панелей. Каждый раз система демонстрировала высокую надёжность, гарантированно раскрываясь до заданной формы.

Космические перспективы и не только

Главное преимущество новой технологии — её исключительная надёжность, что критически важно для космических миссий. Как отмечает Майкл Бартлетт из Вирджинского политехнического университета, сложные системы развёртывания уязвимы.

"Всё должно идти правильно. Если в цепочке есть слабое звено, вся система рушится, — говорит он. — Когда я наблюдаю за тем, как разворачиваются эти [образцы цветения], становится понятно, что для достижения максимального раскрытия не обязательно выполнять один процесс за другим".

Потенциальные применения "цветочных узоров" в космосе обширны. По словам Хауэлла, изогнутая форма раскрытой конструкции идеально подходит для размещения антенн и зеркал. Это открывает путь к созданию орбитальных телескопов с большой криволинейной поверхностью, подобных наземным обсерваториям, что позволит получать более точные и детальные изображения далёких галактик. Помимо телескопов, технология пригодится для создания более эффективных солнечных панелей, радиаторов и защитных щитов.

Интересный факт: идеи оригами уже много лет используются NASA. Например, телескоп "Джеймс Уэбб" и его сложное солнцезащитное ограждение, а также некоторые марсоходы прибегают к складным конструкциям, вдохновлённым этим искусством, для компактной упаковки в головной обтекатель ракеты.

Это открытие не только сулит прорыв в aerospace-инженерии, но и меняет сам процесс проектирования. Как поясняет Джейми Пайк из Швейцарского федерального технологического института в Лозанне, чёткая математическая модель позволяет значительно ускорить разработку.