Ин таҳқиқот ташаккули танӯра ва коэффисиенти афзоиши импулсро ҳангоми бархӯрди лавҳаҳои тунуки алюминии ғафсиашон 100 микрометр, ки бо лазер суръат дода шудаанд, ба ҳадафҳои графитии ковоки EDM3 омӯхтааст. Муҳаққиқон дар фосилаи суръати 240–764 m/s бо ҳадафҳои графитӣ 30 озмоиш гузарондаанд; онҳо хабар додаанд, ки дар суръатҳои поёнтар аз тақрибан 500 m/s аз рӯйи пеши ҳадаф мавод пароканда нашуд, аммо дар фосилаи 515–764 m/s дар 19 озмоиш танӯра ба вуҷуд омад. Барои танӯраҳои хуб ташаккулёфта гузариши дуюм тақрибан дар 599–636 m/s ва, бо ифодаи умумии таҳқиқот, дар атрофи 625 m/s арзёбӣ шудааст. Коэффисиенти афзоиши импулс, ки бо маятники баллистикӣ ва велосиметрияи фотонии Doppler ҳисоб шудааст, бо дарназардошти бозҷаҳиши снаряд тақрибан дар фосилаи 1,02–1,21 дода шудааст.

Снаряди дар озмоишҳо истифодашуда лавҳаи тунукест, ки бо мавҷи зарбаи лазерӣ аз фолгаи алюминӣ ҷудо шуда, «flyer» номида мешавад. Ин лавҳаи массаи миёнааш 1,28 ± 0,08 mg ва диаметри ҳамарзаш 2,46 ± 0,08 mm ба графити ковокиаш %22 аз навъи EDM3 бархӯронда шуд. Бархӯрд ва зарраҳои пароканда бо камераҳои баландсуръат, геометрияи танӯра бо профилометри оптикӣ ва импулси ба ҳадаф гузаронидашуда бо чен кардани суръати маятники баллистикӣ тавассути низоми PDV муайян гардид.

Муҳимтарин саҳми методии таҳқиқот дохил кардани импулси назарраси бозҷаҳиш дар озмоишҳои лавҳаи тунуки пастсуръат ба ҳисоби β мебошад. Ҳангоми сарфи назар кардани бозҷаҳиш қиматҳои β то фосилаи 1,09–1,46 боло мераванд, аммо бо дарназардошти он саҳми маводи пароканда хеле хурдтар менамояд. Бо вуҷуди ин, озмоишҳо дар суръатҳои поёнтар аз 1 km/s гузаронда шуданд; майл ва каҷии лавҳа пурра назорат нагардид, номуайянии β тақрибан дар сатҳи %14–15 монд ва бисёр фосилаҳои хато ба қимати β = 1 расиданд. Аз ин рӯ, натиҷаҳоро набояд далели мустақими бархӯрдҳои воқеии астероидӣ ё рӯйдодҳои фавқуссуръати миқёси DART донист.

Саволи асосии таҳқиқот чист?

Саволи асосӣ ин аст, ки снаряди тунуки ба ҳадафи ковок ва шикананда бархӯрда то чӣ андоза метавонад аз импулси худаш бештар ба ҳадаф импулс гузаронад. Дар равиши зарбазани кинетикии дифои сайёравӣ дастгоҳи кайҳонӣ ба астероид бармехӯрад; ҳангоми ба ҳадаф гузаштани импулси зарбазан маводе, ки аз астероид ба самти муқобил ҷудо мешавад, низ метавонад бозгашти иловагӣ эҷод кунад. Ин саҳми иловагӣ метавонад тағйироти суръати ҳадаф ва, дар натиҷа, самаранокии тағйири мадорро зиёд кунад.

Муҳаққиқон ин механизмро на дар астероиди воқеӣ, балки дар ҳадафҳои графитии ковоки EDM3 дар миқёси озмоишгоҳ омӯхтанд. Ҳадафи графитӣ тамоми хусусиятҳои минералогӣ ва сохтории астероидҳоро муаррифӣ намекунад; аммо барои чен кардани ташаккули танӯра ва саҳми импулсии зарраҳои пароканда дар маводи шикананда ва ковок муҳити назоратшавандаи озмоишӣ фароҳам меорад.

Коэффисиенти афзоиши импулс β чӣ маъно дорад?

Коэффисиенти афзоиши импулс β ченаки бебуъдест, ки то чӣ андоза зиёд шудани импулси умумии ба ҳадаф гузаронидашударо нисбат ба импулси танҳо снаряди воридшаванда ифода мекунад. Таърифи ибтидоии таҳқиқот чунин аст:

\[ \beta = 1 + \frac{Q_{\mathrm{debris}}}{Q_{\mathrm{projectile}}} \]

Дар ин ҷо:

• β: Коэффисиенти афзоиши импулс ва бебуъд аст.
• Q_projectile = m_pU_p: Импулси снаряди воридшаванда аст.
• m_p: Массаи снаряд аст ва дар ин таҳқиқот тақрибан 1,28 mg мебошад.
• U_p: Суръати бархӯрд аст ва бо m/s чен шудааст.
• Q_debris: Импулси умумии маводест, ки аз ҳадаф ба самти муқобил пароканда мешавад.

Вақте β = 1 аст, маводи пароканда саҳми иловагии ченшавандаи импулс намедиҳад. Вақте β > 1 аст, ҳаракати баръакси пораҳои ҳадаф импулси ба ҳадаф гузаронидашударо зиёд мекунад. Масалан, β = 1,20 маъно дорад, ки гузариши умумии самараноки импулс аз импулси снаряди воридшаванда тақрибан %20 бештар аст. Аммо барои дуруст будани ин тафсир импулси снаряди бозҷаҳида низ бояд ҷудогона ба ҳисоб гирифта шавад.

Лавҳаи тунуки бо лазер партобшаванда чӣ гуна сохта шуд?

Озмоишҳо дар иншооти лазерии ENSTA Belenos дар шаҳри Brest-и Фаронса гузаронда шуданд. Лазери импулсии Nd:YAG-и истифодашуда дарозии мавҷи 1064 nm, энергияи ҳадди аксари 3 J ва давомнокии импулси 7,5 ± 0,5 ns дар нимбаландӣ дошт. Шуои лазерӣ бо линзаи фосилаи фокусиаш 220 mm ба минтақаи диаметраш 3 mm рӯйи фолгаи алюминӣ фокус карда шуд.

Дар Шакли 1 профили замонии импулси лазерӣ тақрибан ба шакли Gauss менамояд. Дар харитаи шиддати фазоӣ маркази шуоъ комилан якхела нест; аммо дар минтақаи даврашакли диаметраш тақрибан 3 mm тақсимоти нисбатан фарохи энергия ба вуҷуд меояд. Муҳаққиқон ин профилро барои ташаккули такроршавандаи лавҳа ба қадри кофӣ «қуллаҳамвор» арзёбӣ кардаанд.

Хусусиятҳои фолгаи алюминӣ чунинанд:

• Тозагӣ: тақрибан %99
• Ғафсӣ: 100 µm
• Зичӣ: 2700 kg/m³
• Пораи фолга: 15 × 15 mm
• Қабати маҳдудкунандаи шиша: 15 × 15 × 10 mm
• Ғафсии тахминии ширеш: 10 µm

Шуои лазерӣ аз қабати шиша гузашта ба сатҳи алюминӣ расид; маҳдудкунии шишагӣ васеъшавии озоди плазмаи аз лазер пайдошударо маҳдуд карда, фишори дохили фолгаро боло бурд. Мавҷи зарбаи ҳосилшуда қисми хурд ва тунуки алюминийро аз фолгаи асосӣ ҷудо карда, ба сӯи ҳадаф суръат дод.

Масса ва диаметри ҳамарзи лавҳа чӣ гуна муайян шуданд?

Азбаски лавҳа ба ҳадаф бархӯрда деформатсия мешавад, массаи пеш аз бархӯрди онро дар ҳар озмоиш мустақиман баркашидан имкон надошт. Муҳаққиқон дар озмоишҳои пешакӣ лавҳаҳоро дар гели парафин дошта гирифтанд ва аз зиёда аз 30 ченкунӣ массаи миёнаро муайян карданд. Массаи миёна 1,28 mg ва инҳирофи стандартӣ 0,216 mg ёфт шуд; барои қимати миёна бо номуайянии тақрибан %6, m_p = 1,28 ± 0,08 mg истифода шуд.

Диаметри ҳамарзи лавҳа аз масса, зичии алюминий ва ғафсии фолга бо муносибати зерин ҳисоб шуд:

\[ \Phi_f = 2\sqrt{\frac{m_p}{\pi \rho_p t_f}} \]

Дар ин ҷо Φ_f диаметри ҳамарз, ρ_p зичии алюминий ва t_f ғафсии фолгаро ифода мекунанд. Натиҷаи таҳқиқот:

\[ \Phi_f = 2{,}46 \pm 0{,}08\ \mathrm{mm} \]

Ин диаметр маънои онро надорад, ки лавҳа дар лаҳзаи бархӯрд доираи комил ва комилан ҳамвор буд. Тасвирҳои баландсуръат нишон доданд, ки лавҳаҳо дар парвози озод метавонанд каҷ шаванд, шакли нимкура гиранд, чарх зананд ё ба ҳадаф бо майл расанд.

Хусусиятҳои ҳадафи графитии EDM3 кадоманд?

Ҳамчун ҳадаф графити ковоки EDM3, ки POCO истеҳсол кардааст, истифода шуд. Мавод дар миқёси макроскопӣ изотропӣ пазируфта шуд. Хусусиятҳои асосии дар таҳқиқот додашуда чунинанд:

• Зичии ибтидоӣ: 1754 kg/m³
• Ковокӣ: %22
• Андозаи хоси дона: хурдтар аз 5 µm
• Диаметри ҳамарзи %80-и ковокиҳо: 2–10 µm
• Сатҳи ҳадаф: 15 × 15 mm
• Ғафсии ҳадаф: 8 mm

Андозаҳои ҳадаф нисбат ба танӯраҳои ҳосилшуда ба қадри кофӣ калон интихоб шуданд. Азбаски аз сатҳи қафо мавод ҷудо нашуд, ҳадафҳо дар таҳлили озмоишӣ нимбеохир арзёбӣ шуданд.

Дастгоҳи озмоишӣ чӣ гуна кор мекунад?

Шакли 2 тамоми занҷири озмоишро аз лазер то ченкунии импулс нишон медиҳад. Лазер ба фолгаи алюминии 100 µm дар паси қабати маҳдудкунандаи шиша мерасад. Лавҳаи ҷудошуда аввал тақрибан 29 mm парвоз карда, аз лавҳаи ҷудокунандаи полимерии ғафсиаш 2 mm ва сӯрохаш 4 mm дар марказ мегузарад. Ин қисм барои кам кардани расидани зарраҳои хурди номатлуби ҳангоми ташаккули лавҳа пайдошуда ба ҳадаф истифода шуд.

Пас аз ҷудокунанда лавҳа тақрибан 41 mm-и дигар ҳаракат карда, ба ҳадафи графитии ба маятники баллистикӣ басташуда бармехӯрад. Масофаи умумии парвози озод ва бисёр тунук будани лавҳа аз сабабҳои асосии чархиш, хамшавӣ ва тағйири шакл пеш аз бархӯрд мебошанд.

Ҷузъҳои асосии ченкунии дастгоҳ инҳоянд:

• Тасвирбардории соягии баландсуръат: Барои пайгирии суръати бархӯрд ва бозҷаҳиши лавҳа, зарраҳои пароканда ва кунҷи бархӯрд истифода шуд.
• Профилометри оптикӣ: Харитаи сеченакаи сатҳи танӯра, умқ, диаметри берунӣ ва ҳаҷми онро чен кард.
• Маятники баллистикӣ: Низоми механикии ченкунист, ки бо импулси ба ҳадаф гузаронидашуда ҳаракат мекунад.
• Велосиметрияи фотонии Doppler: Ченкунии вобаста ба вақти суръатро дар сатҳи қафои маятник таъмин кард.

Тасвирҳои баландсуръат чӣ гуна таҳлил шуданд?

Дар аксари озмоишҳо камераи Photron SA X2 бо басомади тасвирбардории 100–400 kHz ва тафкики фазоии 150–360 µm/piksel истифода шуд. Дар баъзе озмоишҳо барои дидани парокандашавӣ дар микросонияҳои аввал камераи фавқулбаландсуръати Shimadzu HPV-X2 истифода гардид.

Мавқеи лавҳа ва зарраҳо бо алгоритми TrackMate дар нармафзори Fiji пайгирӣ шуд. Бо дарназардошти номуайянии мавқеи як пиксел ва басомади камера, номуайянии ҳадди аксар барои суръатҳои бархӯрд ва бозҷаҳиш %10 пазируфта шуд.

Дар матн барои камераи Shimadzu ибораи «2 GHz» истифода шудааст. Аммо кадрҳои аввали Шакли 5 бо фосилаи 0,5 µs дода шудаанд; ин фосила ба суръати тасвирбардории 2 MHz мувофиқ аст. Пас, дар басомади камера номувофиқии воҳид ё ҳуруфчинӣ дар сатҳи GHz/MHz вуҷуд дорад.

Танӯра ва парокандашавии мавод дар кадом суръат оғоз шуданд?

Ба ҳадафҳои EDM3 ҳамагӣ 30 бархӯрди лавҳа татбиқ шуд:

• Дар 11 озмоиши байни 240–506 m/s аз рӯйи пеши ҳадаф парокандашавии намоёни мавод ё ташаккули танӯра мушоҳида нашуд.
• Дар 19 озмоиши байни 515–764 m/s танӯра ба вуҷуд омад ва маводи ҳадаф пароканда шуд.

Дар асоси ин суръати ҳаддии якум тақрибан чунин муайян шуд:

\[ U_{pt1} \approx 500\ \mathrm{m/s} \]

Ин ҳад танҳо барои лавҳаҳои алюминии истифодашудаи диаметрашон 2,46 mm ва ғафсиашон 0,1 mm ва ҳадафҳои EDM3 эътибор дорад. Эътибор доштани ҳамин суръат барои диаметр, ғафсӣ ва зичии дигари снарядҳо ё маводи дигари ҳадаф нишон дода нашудааст.

Чаро бозҷаҳиши снаряд муҳим аст?

Дар ҳамаи озмоишҳои графитии байни 515–764 m/s лавҳаи тунуки алюминӣ аз ҳадаф бозҷаҳид. Суръатҳои ченшудаи бозҷаҳиш байни 54–173 m/s тағйир ёфтанд. Дар баъзе озмоишҳо суръати бозҷаҳиш ба тақрибан %30-и суръати бархӯрд расид.

Ин ҳолат ҳисоби импулсро ба таври назаррас тағйир медиҳад. Агар снаряд дар ҳадаф монад, импулси ибтидоӣ ба ҳадаф мегузарад. Аммо агар снаряд ба самти муқобил баргардад, ҳадаф на танҳо суръати снарядро то сифр кам кардааст, балки онро ба самти муқобил суръат додааст. Аз ин рӯ, тағйироти импулсии мувофиқ ба бозҷаҳиш ба зарбаи умумии рӯйи ҳадаф дохил мешавад, вале набояд ҳамчун саҳми маводи парокандаи ҳадаф ҳисоб шавад.

Дар озмоиши 591 m/s зарраҳо чӣ гуна пароканда шуданд?

Шакли 3 рушди рӯйдоди суръати бархӯрдаш 591 m/s-ро байни −10 µs ва 300 µs нишон медиҳад. Лавҳа бо майли кам ба ҳадаф расида, пас аз бархӯрд чарх зада бозҷаҳид ва суръати бозҷаҳиш 173 ± 17 m/s чен шуд.

Тасвирҳо ду рафтори равшани парокандашавиро нишон медиҳанд:

• Пораҳои наздик ба сатҳи ҳадаф нисбат ба самти бархӯрд бо кунҷи баланди тақрибан 80° ва ба таври асимметрӣ пароканда шуданд.
• Ҷараёни зарраҳои ба марказ наздиктар байни тақрибан −25° ва +25° ва бо суръатҳои то тақрибан 150 m/s ҳаракат кард.

Дар Шакли 4 векторҳои суръати зарраҳое, ки дар лаҳзаи 100 µs бо TrackMate пайгирӣ шудаанд, нишон дода мешаванд. Суръати зарраҳои ченшаванда 24–148 m/s ва кунҷҳои парокандашавӣ байни −25° ва +25° мебошанд. Ҳадди поёнии 24 m/s маънои онро надорад, ки аз ҷиҳати физикӣ ягон пораи сусттар вуҷуд надошт; он ба сусттарин пораи дар майдони назар пайгиришаванда мувофиқ аст.

Кунҷи парокандашавии зарра бо муносибати зерин ҳисоб шуд:

\[ \alpha = \tan^{-1}\left(\frac{U_y}{U_x}\right) \]

U_x суръати меҳварӣ дар самти бархӯрд ва U_y ҷузъи тангенсиалии суръатро ифода мекунад.

Чаро дар озмоиши 636 m/s зарраи бисёр тез дида шуд?

Дар Шакли 5 озмоише бо суръати 636 m/s дар микросонияҳои аввал тасвир шудааст. Лавҳа ба таври намоён каҷ шуда буд, аммо бо майли калон ба ҳадаф нарасид. Маводи пароканда сохтори махрутии симметритар сохт ва лавҳа тақрибан параллел ба нормали ҳадаф бозҷаҳид.

Бо пайгирии қуллаи махрут суръати тақрибан 900 m/s ҳисоб шуд. Ин қимат аз суръати 636 m/s-и лавҳаи воридшаванда бештар аст, зеро аз ҷиҳати физикӣ мумкин аст пораҳои бисёр хурди ҳадаф бо таъсири зарба ва сатҳи озод аз суръати снаряд гузаранд. Аммо дар ин озмоиш лавҳаи ҷудокунанда истифода нашуд ва дар тасвирҳо зарраҳои халалрасон низ дида шуданд. Аз ин рӯ, қимати 900 m/s-ро наметавон суръати тамоми массаи пароканда ё бевосита импулси умумии парокандашавӣ донист.

Майли лавҳа шакли танӯраро чӣ гуна тағйир дод?

19 озмоише, ки танӯра ба вуҷуд оварданд, аз рӯйи геометрияи лавҳа дар лаҳзаи бархӯрд дар чор гурӯҳ арзёбӣ шуданд:

• Тақрибан ҳамвор ва каммайл: 1 озмоиш
• Майли миёна: 5 озмоиш
• Майли калон: 6 озмоиш
• Каммайл, вале сахт каҷшуда: 7 озмоиш

Лавҳаи тақрибан ҳамвори суръаташ 599 m/s наздиктарин намуна ба бархӯрди идеалии ҳамворӣ дар таҳқиқот аст. Дар Шакли 6 майли зоҳиран тақрибан 7°-и лавҳа нисбат ба сатҳ ва кунҷи дуюми майл, ки аз намуди ғафсӣ ҳисоб шудааст, нишон дода мешаванд. Харитаи сеченакаи танӯра сохтори тақрибан даврашакл, вале андаке эллипсӣ ва дар марказ амиқтаринро ошкор мекунад.

Бо истифода аз ғафсии намоёни лавҳа t_m = 980 µm, ғафсии воқеии фолга t_f = 100 µm ва диаметр Φ_f = 2,46 mm дар матн:

\[ \theta_2 = \arcsin\left(\frac{t_m-t_f}{\Phi_f}\right) \]

аз муносибат θ₂ = 19° дода мешавад. Аммо ҳангоми бевосита гузоштани рақамҳои матн ба формула натиҷа тақрибан 21° мебарояд. Ин фарқи хурд метавонад бо мудавваркунӣ ё хатои ҳуруфчинӣ дар яке аз қиматҳои манбаъ алоқаманд бошад; таҳқиқот онро шарҳ намедиҳад.

Шакли 7 барои лавҳаҳои майли миёна чиро нишон медиҳад?

Дар лавҳаҳои майли миёна суръат муайян кард, ки танӯра пурра мешавад ё не:

• 515 m/s: Сӯрохи хурд ва хароши камоншакл ба вуҷуд омад; шакли классикии танӯра инкишоф наёфт.
• 588 m/s: Танӯра қисман инкишоф ёфт, аммо пурра ташаккул наёфт.
• 663 m/s: Бо вуҷуди майли намоён танӯраи муназзамтар ва пурра ба вуҷуд омад.

Ин муқоиса нишон медиҳад, ки дар суръатҳои паст ва миёна майли лавҳа ба морфологияи танӯра таъсири қавӣ дорад, вале бо боло рафтани суръат таъсири энергия ва фишор метавонад як қисми нуқсонҳои геометриро бартараф кунад.

Шакли 8 барои лавҳаҳои каҷшуда чиро нишон медиҳад?

Дар суръатҳои 582 ва 636 m/s лавҳаҳое, ки то андозаи монанд ба нимкура каҷ шуда буданд, танӯраҳои ҳалқамонанде сохтанд, ки марказашон пурра холӣ нашуда буд. Муҳаққиқон инро бо аввал аз канорҳо расидани лавҳаи каҷшуда ва муддати кӯтоҳтар нигоҳ доштани фишори баланд дар марказ мепайванданд.

Дар суръати 764 m/s бошад, бо вуҷуди тағйири шакли монанд, танӯраи муназзам ва амиқ ба вуҷуд омад. Ин мушоҳида тафсиреро дастгирӣ мекунад, ки болотар аз тақрибан 625 m/s майл ва каҷии лавҳа нақши бартари худро дар ташаккули танӯра аз даст медиҳанд.

Ҳадди дуюми суръат чиро ифода мекунад?

Ҳадди якум дар тақрибан 500 m/s парокандашавии мавод ва оғози танӯраро муайян мекунад. Ҳама танӯраҳои болотар аз ин ҳад ба як андоза пурра нестанд. Муҳаққиқон гузариши дуюмро барои танӯраҳои хуб ташаккулёфта дар фосилаи зерин медиҳанд:

\[ 599\ \mathrm{m/s} \leq U_{pt2} \leq 636\ \mathrm{m/s} \]

Дар таҳлилҳо ин қимат асосан тақрибан 625 m/s истифода шудааст. Ҳамин тавр се режим ба вуҷуд меояд:

• U_p < тақрибан 500 m/s: Танӯраи намоён ё парокандашавии рӯйи пеш вуҷуд надорад.
• Тақрибан 500–625 m/s: Режими гузариш; ҳаҷми танӯра зуд меафзояд, вале майл ва тағйири шакли лавҳа ба натиҷа таъсири қавӣ доранд.
• U_p > тақрибан 625 m/s: Эҳтимоли танӯраи хуб ташаккулёфта меафзояд ва таъсири нисбии нуқсонҳои геометрӣ кам мешавад.

Танӯраҳои снарядҳои гуногун чӣ гуна муқоиса шуданд?

Барои муқоисаи озмоишҳои масса ва зичии ҳадафашон гуногун умқ, диаметри берунӣ ва ҳаҷми танӯра бебуъд карда шуданд:

\[ d^* = d\left(\frac{\rho_c}{m_p}\right)^{1/3} \]

\[ \Phi_2^* = \Phi_2\left(\frac{\rho_c}{m_p}\right)^{1/3} \]

\[ V^* = V\left(\frac{\rho_c}{m_p}\right) \]

Дар ин ҷо ρ_c зичии ҳадаф, m_p массаи снаряд, d умқи ҳадди аксари танӯра, Φ₂ диаметри берунии танӯра ва V ҳаҷми танӯраро ифода мекунад. d^*, Φ₂^* ва V^* бузургиҳои бебуъди нормализатсияшуда мебошанд.

Умқ ва диаметри танӯра ба кадом қонуни суръат пайравӣ карданд?

Каҷҳои умумии муқоисавии адабиёти бархӯрди баландсуръат барои умқ ва диаметр миқёсбандии U_p^2/3 -ро истифода мекунанд. Таҳқиқот барои беҳтар муаррифӣ кардани гузариши пастсуръат муносибатҳои зеринро, ки ҳадди дуюмро тарҳ мекунанд, пешниҳод кардааст:

\[ d^* = d^*_{\min} + a_d(U_p-U_{pt2})^{2/3} \]

\[ \Phi_2^* = \Phi^*_{2\min} + a_{\Phi_2}(U_p-U_{pt2})^{2/3} \]

Ин муносибатҳо танҳо барои U_p ≥ U_pt2 пешниҳод шудаанд. Муодилаҳои мутобиқсозӣ дар Шакли 9:

\[ d^* = 0.56 + 0.0095(U_p-625)^{2/3}, \qquad R^2=0.875 \]

\[ \Phi_2^* = 1.33 + 0.023(U_p-625)^{2/3}, \qquad R^2=0.967 \]

чунинанд. Аммо дар матни асосӣ коэффисиентҳо барои d^* 0,0105 ва барои Φ₂^* 0,026 навишта шудаанд. Байни қиматҳои 0,0095 ва 0,023 дар шакл ва матн номувофиқии равшани коэффисиентҳо вуҷуд дорад. Ин қиматҳо набояд хомӯшона ба ҷойи ҳам истифода шаванд.

Чаро ҳаҷми танӯра бо қонуни дуқисмӣ шарҳ дода шуд?

Ҳаҷми танӯра байни ду ҳад ва болотар аз ҳадди дуюм вобастагиҳои гуногуни суръат нишон дод. Муносибати дуқисмии пешниҳодкардаи муҳаққиқон чунин аст:

\[ V^* = a_{V1}(U_p-U_{pt1})^3, \qquad U_{pt1}\leq U_p<U_{pt2} \]

\[ V^* = V^*_{\min}+a_{V2}(U_p-U_{pt2})^2, \qquad U_p\geq U_{pt2} \]

Мутобиқсозиҳои ададии дар Шакли 10 истифодашуда тақрибан:

\[ V^* = 6\times10^{-7}(U_p-500)^3 \]

ва

\[ V^* = 1.2+2.6\times10^{-6}(U_p-625)^2 \]

мебошанд. Ифодаи якум гузариши сареъ байни оғози танӯра ва пурра шудан, ифодаи дуюм рушди танӯраҳои хуб ташаккулёфтаро дар суръатҳои баландтар муаррифӣ мекунад.

Ин қонун танҳо бо чор танӯраи хуб ташаккулёфтаи лавҳаи тунук ва додаҳои баландсуръати аз адабиёт гирифташуда дастгирӣ мешавад. Муҳаққиқон низ зарурати озмоишҳои нави лавҳаи тунукро, махсусан болотар аз 1 km/s, таъкид мекунанд.

Бозҷаҳиш чӣ гуна ба муодилаи импулс илова шуд?

Тағйироти умумии импулси ҳангоми бархӯрд ба маятники баллистикӣ гузаронидашуда чунин навишта шуд:

\[ \Delta p = Q_d+Q_{pi}+Q_{pf} \]

Дар ин ҷо Q_d бузургии импулси пораҳои парокандаи ҳадаф, Q_pi лавҳаи воридшаванда ва Q_pf лавҳаи бозҷаҳида мебошанд:

\[ Q_{pi}=m_pU_p \]

\[ Q_{pf}=m_pU_r \]

U_rсуръати бозҷаҳиш аст. Азбаски бозҷаҳиш тақрибан параллел ба нормали ҳадаф буд, ҷузъи тангенсиалӣ сарфи назар шуда, танҳо импулси меҳварӣ истифода шуд.

Дар ин ҳолат коэффисиенти афзоиши импулс чунин бознависӣ шуд:

\[ \beta = \frac{\Delta p}{m_pU_p} -\frac{U_r}{U_p} \]

Ҳади якум тағйироти умумии импулси ченкардаи маятникро ба импулси снаряди воридшаванда нисбат медиҳад. Ҳади дуюм саҳми бозҷаҳишро аз тағйироти умумӣ тарҳ мекунад. Афзоиши боқимонда ба импулси баръакси пораҳои ҳадаф нисбат дода мешавад.

Маятники баллистикӣ ва PDV чӣ гуна истифода шуданд?

Ҳадаф ба маятники баллистикии сахт бо массаи бебори M₀ = 70,245 g пайваст шуд. Дар сатҳи қафои маятник минтақаи даврашакли сайқалёфта сохта шуда, лазери PDV ба он фокус гардид. Тағйири басомади рӯшноии инъикосшуда суръати вобаста ба вақти маятникро дод.

Импулси ба маятник гузаронидашуда бо муносибати зерин ҳисоб шуд:

\[ \Delta p_{\mathrm{PDV}} = U_{\mathrm{PDV}}M \frac{R_GR_p}{R_{\mathrm{eff}}R_{\mathrm{PDV}}} \]

• U_PDV: Суръати ҳадди аксари маятник дар нуқтаи ченкунии PDV аст.
• M = M₀ + M_target: Массаи умумии маятник ва ҳадаф аст.
• R_G: Масофа байни нуқтаи гардиш ва маркази масса аст.
• R_eff: Масофа байни нуқтаи гардиш ва нуқтаи бархӯрди снаряд аст.
• R_PDV: Масофа байни нуқтаи гардиш ва нуқтаи ченкунии PDV аст.
• R_p: Дарозии динамикии ҳамарзест, ки аз даври маятник ҳосил шудааст.

R_p чунин ҳисоб шудааст:

\[ R_p=\frac{gP_0^2}{4\pi^2} \]

P₀ даври асосии маятник ва g шитоби ҷозибавии Заминро ифода мекунанд.

Сигнали суръати PDV чӣ гуна коркард шуд?

Дар Шакли 12 профили суръати маятник барои озмоиши ҳадафи алюминӣ бо суръати 623 m/s нишон дода мешавад. Ҳаракати асосии дароздавр P₀ = 750 ± 10 ms аст. Болои он ларзиши механикии тезтар бо даври тақрибан P₁ = 6 ms вуҷуд дорад.

Тартиби PDV танҳо қимати мутлақи суръатро чен кард. Аз ин рӯ, дар график ҳамаи суръатҳо мусбат менамоянд ва нимаи манфии ларзиши воқеӣ аз ҷониби муҳаққиқон бо фарзияи ҳаракати физикӣ бозсозӣ шудааст. Ин нисбат ба ченкунии мустақими суръати ҳассос ба аломат фарзияи иловагии методӣ аст.

Барои кам кардани мавҷи баландбасомади ибтидоӣ филтри Savitzky–Golay бо равзанаи 50–100 нуқта ва полиноми дараҷаи сеюм татбиқ шуд. Суръати ибтидоии маятник бо полиноми маҳаллӣ ба ақиб тахмин карда шуд ва номуайянии U_PDV тақрибан 1 mm/s дода шуд.

Усул бо ҳадафҳои алюминӣ чӣ гуна тасдиқ шуд?

Барои санҷидани ченкунии импулс ба ҳадафҳои алюминӣ дар фосилаи суръати 313–625 m/s 12 партоб анҷом дода шуд. Дар ҳеҷ яке аз ин озмоишҳо парокандашавии маводи ҳадаф дида нашуд. Суръати бозҷаҳиши лавҳа аз 64 m/s ва %11-и суръати бархӯрд пасттар монд.

Ҳангоми набудани парокандашавӣ Q_d = 0 бояд бошад. Пас, интизор меравад тағйироти импулси ченкардаи маятник ба ҷамъи импулсҳои лавҳаи воридшаванда ва бозҷаҳида баробар бошад:

\[ \Delta p_{\mathrm{PDV}}\approx Q_{pi}+Q_{pf} \]

Дар Шакли 13 нуқтаҳои озмоишӣ дар дохили сутунҳои хато наздики хати рости y = x паҳн шудаанд. Муҳаққиқон инро тасдиқи усули маятники баллистикӣ–PDV донистанд. Дар намунаи 623 m/s тағйироти ченшудаи импулс:

\[ \Delta p_{\mathrm{PDV}} = 0.816\pm0.049\ \mathrm{mN\,s} \]

дода шудааст.

Номуайяниҳои ченкунӣ чӣ қадаранд?

• Суръати бархӯрд U_p: ҳадди аксар %10
• Суръати бозҷаҳиш U_r: ҳадди аксар %10
• Массаи лавҳа m_p: тақрибан %6
• Импулси лавҳаи воридшаванда ва бозҷаҳида: тақрибан %11,7
• Суръати ибтидоии PDV: тақрибан 1 mm/s; саҳми ҳадди аксар тақрибан %5 ба ҳисоби импулс
• Мавқеи бархӯрд R_eff: тағйироти ҳадди аксар 5 mm ва номуайянии тақрибан %3,4
• Номуайянии умумии Δp_PDV : тақрибан %6
• Номуайянии β: тақрибан %13,8–15,1

Ин сатҳи номуайянӣ ҳангоми тафсири афзоишҳои хурди β дар фосилаи 1,02–1,21 муҳим аст. Фосилаи номуайянии бисёр озмоишҳо ба β = 1 мерасад ё онро дар бар мегирад. Дар таҳқиқот барои β > 1 санҷиши ҷудогонаи аҳаммияти оморӣ дода нашудааст.

Натиҷаҳои β дар озмоишҳои графитӣ чиро нишон доданд?

Озмоишҳое, ки зарраҳои халалрасон ба ҳадаф расиданд ё сигнали PDV нокифоя буд, хориҷ шуданд. Аз озмоишҳои дорои парокандашавӣ 10 адад барои ҳисоби β нигоҳ дошта шуд; барои дидани рафтори усул дар ҳадди поён ду озмоиши танӯраноофарида низ илова гардид.

Дар ду озмоиши поёнтар аз 500 m/s, β = 0,98 ± 0,14 ёфт шуд. Ин натиҷаҳо дар доираи номуайянӣ бо β = 1 мувофиқ ва бо мушоҳида нашудани парокандашавии мавод созгоранд.

Барои озмоишҳои болотар аз 500 m/s матни таҳқиқот қиматҳои β-ро аз 1,02 ± 0,15 то 1,21 ± 0,18 ҷамъбаст мекунад. Аммо дар Ҷадвали 1 барои озмоиши 588 m/s қимати β = 1,01 ± 0,15 низ ҳаст. Пас, фосилаи хоми ҷадвал 1,01–1,21 ва фосилаи ҷамъбастии матн 1,02–1,21 аст.

Натиҷаҳо каҷи β-и бо суръат яксон афзояндаро нишон намедиҳанд. Масалан, дар озмоишҳои 582 ва 587 m/s, β тақрибан 1,21 аст, аммо дар 588 m/s тақрибан 1,01 ва дар 650 m/s тақрибан 1,02 мебошад. Ин парокандагӣ метавонад ба шакл ва майли лавҳа, морфологияи танӯра, зарраҳои халалрасон ва номуайяниҳои ченкунӣ вобаста бошад.

Агар бозҷаҳиш ба ҳисоб гирифта намешуд, натиҷа чӣ мешуд?

Ҳангоми тарҳ накардани ҳади бозҷаҳиш қиматҳои β аз 1,09 ± 0,14 то 1,46 ± 0,19 ҳисоб мешаванд. Ин саҳми импулсии зарраҳои ҳадафро аз воқеият калонтар нишон медиҳад. Хусусан дар бозҷаҳишҳое, ки ба %30-и суръати бархӯрд наздиканд, хато муҳим мегардад.

Яке аз қавитарин бозёфтҳои таҳқиқот нишон додани таҷрибавии он аст, ки дар озмоишҳои лавҳаи тунуки пастсуръат бозҷаҳиш ҷузъиёти дуюмдараҷа не, балки яке аз ҷузъҳои асосии буҷаи импулс аст.

Миқёсбандии пешниҳодшудаи суръат барои β чист?

Муҳаққиқон натиҷаи миёнаи озмоишҳои лавҳаи тунукро бо симулятсияҳои снаряди курашакли алюминии баландсуръаттар муттаҳид карда, қонуни дараҷавии зеринро пешниҳод карданд:

\[ \beta-1 = 0.0045(U_p-U_{pt1})^{0.6}, \qquad U_p\geq U_{pt1} \]

Дар ин муодила U_p бояд бо m/s истифода шавад; бинобар ин коэффисиенти 0,0045 андозаи вобаста ба воҳиди суръати интихобшуда дорад. Муодила танҳо дар доираи маҷмӯи додаҳои EDM3-и истифодашудаи таҳқиқот арзёбӣ шавад.

Дар равиши миқёсбандии манбаи нуқтавӣ:

\[ \beta-1\sim U_p^{3\mu-1} \]

муносибат истифода шуд. Азбаски дараҷаи мутобиқшуда 0,6 аст:

\[ 3\mu-1=0.6 \]

\[ \mu\approx0.53 \]

натиҷа гирифта шуд. Ин қимат ҳамчун дараҷаи миқёсбандии суръат барои EDM3 тафсир мешавад.

Дар ин ҷо ду ҳадди муҳим вуҷуд дорад. Якум, қонуни дараҷавӣ на танҳо ба нуқтаҳои озмоишии пастсуръат, балки ба миёнаи озмоишҳои лавҳаи тунук ва додаҳои ададии баландсуръати дар таҳқиқот овардашуда такя мекунад. Дуюм, Муодилаи 10 ҳадди U_pt1 ≈ 500 m/s-ро истифода мекунад, вале дар бахши натиҷа гуфта шудааст, ки қонуни дараҷавӣ барои болотар аз 625 m/s муайян шудааст. Ҳадди оғози муодила бо баёни бахши натиҷа комилан мувофиқ нест.

Ҷиҳатҳои қавии таҳқиқот кадоманд?

• Кӯшиш мекунад афзоиши импулсро дар графити ковоки EDM3 мустақиман бо таҷриба чен кунад.
• Ҳамагӣ 30 озмоиши ҳадафи графитӣ ва 12 озмоиши тасдиқии алюминиро дар бар мегирад.
• Тасвирбардории баландсуръат, пайгирии зарраҳо, профилометрияи оптикӣ, маятники баллистикӣ ва ченкуниҳои PDV-ро муттаҳид мекунад.
• Бозҷаҳиши лавҳаро ошкоро ба ҳисоби β дохил мекунад.
• Барои оғози танӯра ва ташаккули танӯраи хуб ду ҳадди ҷудогонаи суръат пешниҳод мекунад.
• Ба ҷойи пинҳон кардани танӯраҳои ноком ё бешакл аз маҷмӯи додаҳо, онҳоро ҳамроҳ бо майл ва каҷии лавҳа баррасӣ мекунад.
• Номуайяниҳои ченкуниро ба ҷузъҳои снаряд, PDV ва маятник ҷудо мекунад.
• Дар ҷадвали иловагӣ андозаҳои ченшудаи 19 танӯраро ҷудогона медиҳад.

Маҳдудиятҳои асосии таҳқиқот кадоманд?

• Таҳқиқот препринти аз баррасии ҳамтоён нагузаштааст.
• Манбаъҳои дохили матн ҳамчун «[?]» дида мешаванд ва бахши адабиёт вуҷуд надорад.
• Суръатҳои озмоишӣ аз 1 km/s пастанд ва режими фавқуссуръати бархӯрдҳои воқеии тағйири мадори астероидро мустақиман ифода намекунанд.
• Ҳамворӣ, каҷӣ, майл ва тамомияти лавҳаҳо пеш аз бархӯрд ба қадри кофӣ назорат нашуданд.
• Аз 30 озмоиши графитӣ танҳо 10 озмоиши дорои парокандашавӣ дар ҳисоби боэътимоди β истифода шуд.
• Номуайянии β тақрибан %14–15 аст ва бисёр фосилаҳои номуайянӣ ба β = 1 мерасанд.
• Тартиби PDV танҳо қимати мутлақи суръатро чен карда, самти ҳаракат бо модели физикӣ бозсозӣ шуд.
• Зарраҳои халалрасон баъзе ченкуниҳои маятникро беэътибор карданд.
• Мушоҳидаи зарраи тези 900 m/s аз як озмоише омадааст, ки лавҳаи ҷудокунанда надошт.
• Дар басомади камераи баландсуръат байни 2 GHz ва фосилаи замонии 0,5 µs дар шаклҳо номувофиқии воҳид вуҷуд дорад.
• Коэффисиентҳои мутобиқсозии Шакли 9 бо коэффисиентҳои матни асосӣ яксон нестанд.
• Формула ва қиматҳои ададии кунҷи майл фарқи хурди ҳисобӣ нишон медиҳанд.
• Дар дохили таҳқиқот комилан мувофиқ нест, ки қонуни дараҷавии β аз 500 ё 625 m/s оғоз мешавад.
• Барои тасдиқи қонунҳои миқёсбандии танӯра озмоишҳои нави болотар аз 1 km/s заруранд.

Таҳқиқот чиро дастгирӣ мекунад?

• Он мавҷудияти ҳадди озмоишии тақрибан 500 m/s-ро барои танӯра ва парокандашавии рӯйи пеш дар лавҳаи тунуки алюминии андозаи муайян ва графити EDM3 дастгирӣ мекунад.
• Нишон медиҳад, ки байни тақрибан 500–625 m/s майл ва каҷии лавҳа ба шакли танӯра таъсири қавӣ доранд.
• Дастгирӣ мекунад, ки дар суръатҳои баландтар ташаккули танӯраи хуб метавонад ба нуқсонҳои геометрӣ устувортар бошад.
• Нишон медиҳад, ки бозҷаҳиши снаряд бояд дар бархӯрдҳои пастсуръати лавҳаи тунук ба буҷаи импулс дохил шавад.
• Нишон медиҳад, ки маводи парокандаи ҳадаф дар озмоишҳои EDM3 метавонад ба импулси умумӣ саҳми хурди иловагӣ диҳад.
• Нишон медиҳад, ки омезиши маятники баллистикӣ ва PDV барои чен кардани тағйироти хурди импулс татбиқшаванда аст.

Таҳқиқот чиро исбот намекунад?

• Исбот намекунад, ки қимати β дар астероиди воқеӣ 1,02–1,21 хоҳад буд.
• Нишон намедиҳад, ки графити EDM3 хусусиятҳои ковокӣ, минералӣ ва сохтори дохилии ҳамаи астероидҳоро ифода мекунад.
• Исбот намекунад, ки натиҷаҳоро мустақиман ба бархӯрдҳои фавқуссуръати тартиби km/s миқёсбандӣ кардан мумкин аст.
• Нишон намедиҳад, ки ҳадҳои тақрибан 500 ва 625 m/s барои геометрияҳои дигари снаряд ва ҳадаф эътибор доранд.
• Нишон намедиҳад, ки дар ҳар озмоиши дорои парокандашавӣ β аз ҷиҳати оморӣ қатъиян аз 1 калон аст.
• Нишон намедиҳад, ки қонуни дараҷавии пешниҳодшудаи β танҳо бо додаҳои озмоишии лавҳаи тунук тасдиқ шудааст.
• Муваффақияти вазифаи дифои сайёравиро бо зарбазани кинетикӣ кафолат намедиҳад.

Натиҷаҳо аз ҷиҳати татбиқ чӣ маъно доранд?

Таҳқиқот бештар аз он ки тарҳи мустақими вазифаҳои тағйири мадори астероидро диҳад, усули чен кардани гузариши импулсро дар озмоишгоҳ таҳия мекунад. Равиши монанд дар Türkiye метавонад дар таҳқиқоти озмоишгоҳҳои бархӯрди баландсуръат, маводи дифоӣ ва кайҳонӣ, рафтори зарбавии сохторҳои ковок, низомҳои ченкунии баллистикӣ, таъсири мутақобили лазер–мавод ва таҳлили тасвирҳои баландсуръат истифода шавад.

Дарси умумитарин ин аст, ки танҳо дидани диаметри танӯра барои шарҳи гузариши импулс кофӣ нест. Бозҷаҳиши снаряд, суръат ва самти пораҳои ҳадаф, геометрияи бархӯрди лавҳа ва динамикаи воқеии маятник бояд дар як буҷаи импулс якҷоя арзёбӣ шаванд.

Усул ва бозёфтҳои таҳқиқот

Параметрҳои асосии озмоиш

Ҳадҳои озмоишии суръат ва маънои физикии онҳо

12 озмоиши истифодашуда дар ҳисоби афзоиши импулс

Ду озмоиши аввали ҷадвал поёнтар аз ҳадди тақрибан 500 m/s ҳастанд ва парокандашавии мавод нишон надоданд. Даҳ озмоиши дигар барои таҳлили импулси дорои парокандашавӣ истифода шуданд. Дида мешавад, ки қиматҳои β бо суръат мунтазам намеафзоянд ва номуайяниҳо нисбат ба натиҷаҳо калонанд.

19 танӯраи дар ҳадафҳои EDM3 ченшуда

Қисми зиёди диаметрҳои берунии танӯра дар фосилаи танги 1,8–2,6 mm монданд, вале умқ ва ҳаҷм хеле васеътар тағйир ёфтанд. Ин нишон медиҳад, ки танҳо диаметри берунӣ дараҷаи пуррашавии танӯра ё импулси гузаронидашударо ба қадри кофӣ муаррифӣ намекунад.

Ҷадвали номуайянӣ ва тафсир

Ёддошти манбаъ ва усул

Номи пурраи аслии таҳқиқот:Laser-driven flyer impact onto porous graphite: An investigation on momentum enhancement

Муаллифон ва тартиби онҳо: Baptiste Reynier, Jean-Luc Rullier, Julien Le Clanche, David Hébert ва Michel Arrigoni.

Пайвандҳои муассисавӣ:

• Baptiste Reynier: CEA, DAM, CESTA ва ENSTA, Institut Polytechnique de Paris, IRDL, CNRS UMR 6027.
• Jean-Luc Rullier: CEA, DAM, CESTA.
• Julien Le Clanche: ENSTA, Institut Polytechnique de Paris, IRDL, CNRS UMR 6027.
• David Hébert: CEA, DAM, CESTA.
• Michel Arrigoni: ENSTA, Institut Polytechnique de Paris, IRDL, CNRS UMR 6027.

Муаллифи якуми ҳаммақом: Маълумот дар бораи саҳми баробар ё муаллифии якуми ҳаммақом дода нашудааст.

Муаллифи масъул: Baptiste Reynier. Нишонии тамос дар таҳқиқот baptiste.reynier@ensta.fr дода шудааст.

DOI:10.2139/ssrn.6963466.

Маҷалла: Номи маҷаллаи тақризшаванда аз рӯйи ин версия тасдиқ нашуд.

Платформаи нашр: SSRN.

Ношири аслӣ: Ношири ниҳоии тақризшаванда тасдиқ нашуд. Сабти SSRN сабти платформаи препринт аст ва маънои нашри маҷаллаи тақризшавандаро надорад.

Соли нашр: 2026. Дар рӯйи таҳқиқот санаи 18 июни 2026 ва дар сабти SSRN санаи боргузории 19 июни 2026 мавҷуд аст.

Навъи манбаъ: Препринти таҳқиқоти таҷрибавӣ, ки озмоишҳои лабораторӣ, тасвирбардории баландсуръат, профилометрияи оптикӣ ва ченкунии маятники баллистикиро дар бар мегирад.

Вазъи тақриз: Ин таҳқиқот препринти аз баррасии ҳамтоён нагузаштааст; натиҷаҳои он бояд бо дарназардошти ин маҳдудият хонда шаванд. Дар ҳар саҳифа огоҳӣ ҳаст, ки таҳқиқот аз баррасии ҳамтоён нагузаштааст.

Пайванди расмии нашр:Сабти расмии таҳқиқот дар SSRN.

Мушкилоти адабиёт: Дар версияи баррасишуда истинодҳои адабиёт дар шакли «[?]» ҳалнашуда мондаанд ва рӯйхати адабиёт вуҷуд надорад. Аз ин рӯ, манбаъҳои аслии муқоисаҳои ададие, ки таҳқиқот ба корҳои дигар нисбат медиҳад, аз ин версия муайян намешаванд. Пеш аз нашри мақола рӯйхати адабиёт ва пайвандҳои истинод бояд ислоҳ шаванд.

Ин шарҳи тоҷикӣ бо баррасии тамоми матн, формулаҳо, тарҳҳои озмоишӣ, пайдарпайиҳои камераи баландсуръат, харитаҳои профилометр, графикҳо ва ҷадвалҳои таҳқиқоти боршуда омода шудааст. Аз манбаъҳои берунӣ бозёфти нави илмӣ илова нашудааст. Санҷиши берунӣ танҳо барои тасдиқи номҳои пурраи муаллифон, DOI, сабти SSRN, сана ва вазъи нашр истифода шуд.

Маҳдудиятҳои асосии таҳқиқот инҳоянд: аз 1 km/s паст будани суръатҳо, тағйир ёфтани геометрияи лавҳа байни озмоишҳо, имкони истифодаи танҳо 10 озмоиши дорои парокандашавӣ дар ҳисоби β, номуайянии баланди ченкунӣ, аз ҷониби PDV чен шудани танҳо суръати мутлақ, зарраҳои халалрасон, истинодҳои ҳалнашуда ва баъзе номувофиқиҳои ададии матн–шакл. Натиҷаҳо самаранокии зарбазани кинетикиро дар астероидҳои воқеӣ мустақиман исбот намекунанд.