Сплавно вышло: «умные» покрытия защитят ракеты от космического мусора

1249
0
0
Источник изображения: Фото: РИА Новости/Алексей Майшев

Как ученые решают проблему сохранности солнечных батарей летательных аппаратов

Российские специалисты создали уникальные покрытия для защиты солнечных батарей и оптики космических аппаратов от ударов микрометеороидов и другого внеземного мусора. Новые материалы в 1,5–5 раз устойчивее к внешнему воздействию, чем те, которые применяют для этих целей сейчас, говорят разработчики. Эксперты считают, что новый продукт еще должен доказать свою конкурентоспособность, так как на рынке уже представлены хорошо известные и работающие решения для защиты аппаратуры от комбинированного воздействия космического излучения и микрочастиц.

Укрепи и распыли

Ученые университета МИСИС разработали износостойкое, оптически прозрачное покрытие для защиты солнечных батарей космических аппаратов и элементов оптики авиационной техники. Нанесение слоя Ta-Si-N (тантал – кремний – азот) позволит решить глобальную проблему, связанную с воздействием мелких частиц космического мусора и микрометеороидов на космические аппараты.

При столкновениях с микрочастицами интенсивно разрушаются прежде всего фотоэлектрические преобразователи (ФЭП) солнечных батарей. Для их защиты сейчас применяют тонкие стекла. Однако они недостаточно прочны и заметно утяжеляют сами батареи. Более эффективно защитить оптические устройства (иллюминаторы, ФЭП, солнечные коллекторы и др.) от разрушающего воздействия можно с помощью износостойкого покрытия Ta-Si-N. Оно, помимо прочего, обладает высоким коэффициентом пропускания — до 80–90%. Результаты исследования описаны в научном журнале Surfaces and Interfaces.

Фото: ТАСС/Роскосмос Медиа/Наталья Бережная

Источник изображения: iz.ru

— Покрытия в системе Ta-Si-N превосходят известные оптические полупроводниковые оксидные покрытия по скорости роста в 2–7 раз и по стойкости к воздействию абразивных частиц в 1,5–5 раз. Это делает их использование перспективным для увеличения срока службы и эксплуатационных характеристик таких объектов, как ФЭП солнечных батарей, детали оптических устройств и компоненты лазерной техники, — рассказал «Известиям» заведующий лабораторией «In situ диагностика структурных превращений» НУЦ СВС, профессор кафедры порошковой металлургии и функциональных покрытий НИТУ МИСИС Филипп Кирюханцев-Корнеев.

Покрытия Ta-Si-N были получены в вакууме по технологии магнетронного распыления, когда в результате столкновения электронов с атомами рабочего газа над поверхностью катода образуется плазма. Положительные ионы аргона, образующиеся в разряде, ускоряются в направлении катода, бомбардируют его поверхность, выбивают атомы, которые затем переносятся и осаждаются на изделии.

Исследование поддержано грантом Российского научного фонда.

Фото: РИА Новости/Министерство обороны РФ/Вадим Савицкий

Источник изображения: iz.ru


Вопрос конкурентоспособности

— Специфические оптические характеристики получаются за счет гибкого управления параметрами осаждения покрытий, в том числе парциального давления реакционного газа. Атомы азота вступают в реакцию с танталом и кремнием, образуя износостойкий оптически прозрачный слой, обладающий аморфной структурой, — прокомментировала младший научный сотрудник лаборатории «In situ диагностика структурных превращений» НУЦ СВС университета МИСИС Алина Сытченко.

Покрытия в системе Ta-Si-N обладают уникальным сочетанием качеств и характеризуются высоким оптическим коэффициентом пропускания, износостойкостью, термической стабильностью до 1200 °С, показателем преломления в диапазоне 2,0–2,5, а также стойкостью к окислению, подчеркнули разработчики.

Аэрокосмическая отрасль — одна из самых высокотехнологичных и наукоемких в экономике России, ее развитие — задача национального масштаба, подчеркнула ректор НИТУ МИСИС Алевтина Черникова. Ученые университета на протяжении ряда лет ведут разработки для космической промышленности.

Фото: РИА Новости/Роскосмос

Источник изображения: iz.ru

— Исследователи вуза создают новые материалы с заданными свойствами для использования в экстремальных условиях, разрабатывают прорывные технологии, связанные с освоением космоса, производством и эксплуатацией космических аппаратов различного назначения. Износостойкое покрытие, созданное учеными университета МИСИС, защитит оптические элементы и улучшит функциональные характеристики аэрокосмических летательных аппаратов,— отметила Алевтина Черникова.

Ценность проведенного учеными МИСИС детального исследования взаимосвязи структурных, оптических и трибологических (износостойкость) свойств тонкопленочных покрытий Ta-Si-N в том, что оно позволило найти оптимальную концентрацию азота в покрытии с точки зрения его функциональных свойств, рассказал «Известиям» заведующий лабораторией функциональных материалов и устройств для наноэлектроники МФТИ Андрей Зенкевич.

Фото: TASS/Zuma/NASA

Источник изображения: iz.ru

— Однако задачу выяснения «конкурентоспособности» синтезированного нового материала по сравнению с уже известными авторы исследования перед собой не ставили (по крайней мере в статье об этом не говорится), и поэтому пока рано говорить о его перспективности для применений в космосе, в авиации или где-то еще. Ведь проблема защиты устройств и поверхностей в космосе и в самолетах прежде всего от окисления атомарным кислородом, но также и от метеоритов, известна уже на протяжении десятков лет, с того времени, когда люди стали отправлять аппараты для длительных полетов на околоземных орбитах Земли. Всё это время проводились интенсивные поиски материалов для защиты аппаратуры от комбинированного воздействия космического излучения, «атмосферы» и микрочастиц, и к настоящему времени достигнут очень большой прогресс, — рассказал специалист.

Сейчас ученые МИСИС работают над улучшением свойств покрытий и технологии их осаждения. По их мнению, текущие наработки имеют большое значение для развития отрасли бескислородных оптических покрытий.


Мария Недюк

Права на данный материал принадлежат
Материал размещён правообладателем в открытом доступе
  • В новости упоминаются
Хотите оставить комментарий? Зарегистрируйтесь и/или Войдите и общайтесь!
ПОДПИСКА НА НОВОСТИ
Ежедневная рассылка новостей ВПК на электронный почтовый ящик
  • Разделы новостей
  • Обсуждаемое
    Обновить
  • 01.06 17:03
  • 9110
Без кнута и пряника. Россия лишила Америку привычных рычагов влияния
  • 01.06 14:40
  • 13
Зачем и без того мощной авиационной ракете «ядерная» модернизация?
  • 01.06 14:29
  • 104
Будущее за тяжелыми "противоснарядными" БМП весом в 55 тонн
  • 01.06 09:37
  • 2
Комитет Сената рекомендовал утвердить кандидатуру Айзекмана на пост главы NASA
  • 01.06 08:43
  • 312
Космонавтика Илона Маска
  • 01.06 06:49
  • 0
О "Черноморском флоте сегодня"
  • 01.06 05:37
  • 7
SCMP: Эксперты предполагают, что секретный китайский истребитель J-36 не предназначен для ведения воздушного боя
  • 01.06 05:34
  • 2
Грозит ли нам восстание машин?
  • 01.06 05:22
  • 1486
Корпорация "Иркут" до конца 2018 года поставит ВКС РФ более 30 истребителей Су-30СМ
  • 01.06 05:13
  • 315
Главком ВМФ России: проработан вопрос о создании нового авианосца
  • 01.06 04:15
  • 0
По поводу качественного и численного состава ЧФ
  • 01.06 00:59
  • 1
Ответ на "Ковальчук: москитный флот для РФ имел бы преимущества перед большими кораблями"
  • 31.05 20:29
  • 1
У России есть стратегический резерв для отражения атак украинских БПЛА
  • 31.05 20:07
  • 1
Запущенная с "Иноходца" ракета Х-БПЛА (ТКБ-1030) сожгла бронемашину ВСУ
  • 31.05 20:01
  • 1
На Западе у российского ударного «Охотника» обнаружили «неожиданную проблему»