13/04/2018

Сибирские ученые разрабатывают нанокомпозиты для космических аппаратов

1214

Стратегия развития космической деятельности России на период до 2030 года и на дальнейшую перспективу предусматривает продолжение эксплуатации Международной космической станции, создание нового космического корабля «Федерация» для проведения околоземных исследований и отработки полетов к Луне, расширение группировки космических аппаратов со сроком службы не менее 15 лет. Свой вклад в российскую космическую программу вносит Институт физики прочности и материаловедения СО РАН (Томск).

Одной из важных задач, стоящих перед космонавтикой, является разработка новых материалов и технологий их получения, в том числе нанесения покрытий: например, предназначенных для защиты элементов космического аппарата от разрушительного воздействия высокоскоростных микрометеороидов и частиц космического мусора. Дело в том, что используемые защитные экраны непрозрачны и не могут служить защитой для оптических элементов: иллюминаторов, солнечных батарей, оптических приборов и т.д. Ударяясь об их стекла, микрочастицы, скорость которых может достигать нескольких километров в секунду, разрушают поверхностный слой, образуют «кратеры», окруженные трещинами длиной до нескольких миллиметров. Это не только значительно снижает прочность стекол, за несколько лет эксплуатации портятся и их оптические характеристики.

— Иллюминаторы ведь не только для того, чтобы космонавты смотрели на Землю, — объясняет заведующий лабораторией материаловедения покрытий и нанотехнологий Института физики прочности и материаловедения СО РАН кандидат физико-математических наук Виктор Петрович Сергеев. — Они в основном служат для наблюдений и съемок с помощью оптических приборов. Если посмотреть на стекло иллюминатора, прослужившее десять лет на орбите, то оно почти матовое, уже непригодное для оптических измерений.

Решения этой проблемы в мире не существовало, пока за дело не взялись томские материаловеды. По заданию руководства Ракетно-космической корпорации «Энергия» имени С.П. Королёва в течение последних нескольких лет в ИФПМ СО РАН совместно с учеными из Томского политехнического университета, Томского государственного университета и РКК «Энергия» были разработаны противометеороидные покрытия для стекол иллюминаторов космических аппаратов.

Это уникальные нанокомпозитные прецизионные покрытия сложного состава. На стекле формируется многослойная прозрачная для видимого света система, которая прочно сцепляется с поверхностью и максимально рассеивает энергию удара налетающей с огромной скоростью твердой частицы. Такое покрытие не только существенно гасит энергию удара, но и значительно уменьшает количество образующихся кратеров на поверхности иллюминатора, что продлевает срок его службы. На сегодняшний день стекла с этими защитными покрытиями успешно прошли полный цикл наземный испытаний и готовятся к летным испытаниям на перспективном космическом корабле «Федерация».

— Но эрозия — это полбеды! — продолжает Виктор Петрович. — Космических технологий ремонта поврежденных стекол сегодня не существует, а на Землю МКС не спустишь. Значит, нужно разработать технологию ремонта стекол космонавтами с внешней стороны МКС, прямо в космосе.

Для таких случаев, пока в лабораторных условиях, разрабатывается технология плазменной обработки поврежденных стекол, с помощью которой нейтрализуется распространение трещин в стекле и полностью восстанавливается предел его прочности. Одновременно ведутся работы по созданию устройства для применения этой технологии ремонта в открытом космосе. Ставится задача максимально уменьшить габариты и вес ремонтного инструмента и снабдить его автономным источником питания. Испытание новой технологии и ремонтного оборудования включено в план космической деятельности на МКС и будет осуществлено в ближайшие годы как космический эксперимент «Пересвет». Эта разработка института и РКК «Энергия» позволит безопасно осуществлять космическую деятельность не только на МКС, но и на лунных станциях, и при дальних полетах на другие планеты.

Конечно, как подчеркивают в институте, задачи подобного уровня в одиночку не решат ни физики, ни инженеры, ни механики, ни материаловеды. Справиться с ними можно только большим коллективом, располагая фундаментальными междисциплинарными знаниями и богатым опытом в разработке новых технологий. Над космической тематикой в ИФПМ СО РАН сегодня трудится большой творческий коллектив из нескольких лабораторий; важные и перспективные направления разрабатываются совместно с университетами и флагманами отечественной космонавтики, такими как РКК «Энергия» имени С.П. Королёва, Центральный научно-исследовательский институт машиностроения, АО «Государственный космический научно-производственный центр им. М.В. Хруничева», Исследовательский центр им. М.В. Келдыша.

Ольга Булгакова, ТНЦ СО РАН

Источники

Сибирские ученые разрабатывают нанокомпозиты для космических аппаратов
Наука в Сибири (sbras.info), 12/04/2018
Сибирские ученые разрабатывают сверхпрочные защитные покрытия для иллюминаторов космических аппаратов
Федеральное агентство научных организаций (fano.gov.ru), 17/04/2018

Похожие новости