Доспехи для спутника

Interfax-Russia.ru – Томские ученые разрабатывают способы тепловой защиты для гиперзвуковых летательных аппаратов.

© РИА Новости. Виталий Аньков

Исследователи Томского госуниверситета (ТГУ) работают над созданием способов тепловой защиты различных изделий ракетно-космической техники, в том числе перспективных гиперзвуковых летательных аппаратов (ГЛА), благодаря чему последние не только смогут эффективно функционировать в экстремальных условиях космоса, но и останутся невредимыми при вхождении в плотные слои атмосферы Земли.

"Сейчас ведутся работы по созданию новых гиперзвуковых летательных аппаратов для ракетно-космической отрасли. Двигаясь по сложным траекториям в условиях интенсивного маневрирования, они испытывают огромную тепловую нагрузку. Аэродинамический нагрев приводит к разрушению поверхности аппарата, изменению его формы и ухудшению функциональных характеристик. Поэтому сегодня требования к тепловой защите ГЛА существенно возрастают", - рассказал профессор кафедры физической и вычислительной механики механико-математического факультета (ММФ) ТГУ Анатолий Якимов.

По его словам, в рамках данной работы специалисты уже создали программное обеспечение, с помощью которого протестировали ряд перспективных теплозащитных материалов (а именно - углепластик, сталь, вольфрам) в условиях, приближенных к реальному полету с гиперзвуковой скоростью, а также подвергли их воздействию высоких температур и давлений.

Кроме того, в процессе своих исследований ученые выявили степень влияния на такие теплозащитные покрытия радиационно-конвективного нагрева, детально описав процесс их термохимического разрушения. При этом, как отметил Якимов, исследователям удалось отрегулировать тепловые нагрузки на композиционные материалы - в частности, снизить максимальную температуру поверхности на некоторых частях конструкции на 20%. Расчеты ученых также подкреплены серией лабораторных экспериментов, в ходе которых покрытия подвергали воздействию низкотемпературной плазмы.

"Наш проект был рассчитан на три года, сейчас он находится на завершающей стадии. Полученные данные о выявленных закономерностях разрушения материалов и рекомендации для разработчиков могут быть использованы в ведущих исследовательских и проектных организациях: АО "Государственный ракетный центр имени академика В.П. Макеева", Московский институт теплотехники, ОАО "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" (Реутов Московской области) и других", - пояснил профессор ММФ ТГУ.

Между тем, параллельно с испытаниями известных материалов, которые могут защитить космическую технику от агрессивного воздействия окружающей среды, в ТГУ сегодня создают и совершенно новые композиты (по сути, материалы–трансформеры), которым можно задать любые желаемые, в том числе и теплозащитные, свойства.

"Наши материалы представляют собой сложные оксидные системы на основе индия и олова. В процессе синтеза в их состав вводятся элементы, повышающие концентрацию свободных носителей заряда, что позволяет задавать материалу желаемые свойства", - сообщила руководитель проекта Инновационно-технологического центра (ИТЦ) Сибирского физико-технического института (СФТИ) ТГУ Татьяна Малиновская.

К примеру, благодаря такой технологии можно варьировать уровень поглощения и отражения таким композитом электромагнитного излучения в заданном диапазоне длин волн. Таким образом, селективные покрытия, выполненные на основе нанодисперсных полупроводниковых материалов, могут использоваться в самолето- и судостроении, космической и гелиотехнике для поддержания нужного теплового режима объекта, а также для защиты его приборов от перегрева.

Кроме того, по словам ученых, разработанная ими технология синтеза дисперсных полупроводниковых материалов также позволяет наладить в России промышленный выпуск мишеней для магнетронного распыления, которые используются при производстве тонкопленочных прозрачных проводящих покрытий для экранов телевизоров, планшетов и смартфонов. В настоящее время наша страна закупает такие изделия у Японии и Кореи по достаточно высокой цене. Стоимость же российских аналогов будет существенно ниже.

"Для достижения однородной структуры мишени зарубежные производители смешивают оксиды, на протяжении пяти часов измельчают их во влажной среде с последующей сушкой, гранулированием для выделения фракции мелких частиц с диаметром от 0,1 до нескольких мкм. Полученную смесь подвергают предварительной формовке и прессованию с последующим спеканием при температурах от 1,2 до 1,5 градусов Цельсия в течение 10 часов", - сказала Малиновская.

Кроме того, по ее словам, для синтеза мелкодисперсной смеси оксидов томские ученые в отличие от своих зарубежных коллег используют так называемый золь-гель-метод, что позволяет сразу получать наночастицы нужного размера.

"Вместе с тем, отличительной чертой технологии полупроводниковых материалов, разработанной в ИТЦ СФТИ, является отсутствие токсичных побочных продуктов, поэтому в случае ее промышленного применения опасность выброса вредных веществ исключена. Опытная установка для синтеза, сконструированная учеными, позволяет уже сегодня в достаточном количестве производить нанодисперсные металлоксидные материалы с управляемыми характеристиками", - добавили в пресс-службе вуза.

Добавим, что данный проект получил поддержку Минобрнауки, его реализация проходит в рамках ФЦП "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научного-технологического комплекса России на 2014–2020 годов". Итоги работы ученых будут подведены в конце 2016 года.

Помимо этого, ученые Томского госуниверситета уже разработали защиту от космического мусора и осколков метеоритов и для спутника "Спектр-УФ", который через два года сменит на орбите телескоп "Хаббл".

"Техническая задача была следующая: обеспечить защиту наиболее важных частей нового спутника – в частности, его топливных баков – от мелких фрагментов космического мусора и метеорных частиц естественного происхождения, приходящих из дальнего космоса", - рассказал заведующий отделом механики деформируемого твердого тела НИИ ПММ ТГУ Александр Герасимов.

Ученый пояснил, что серьезно повредить космический аппарат или вовсе вывести его из строя способны даже очень маленькие частицы - диаметром всего 1,5-2 мм. Чтобы защитить от них спутник специалисты разработали специальные противоударные экраны, которые устанавливаются на корпус телескопа.

"При помощи теоретических расчетов нам удалось подобрать оптимальный способ защиты баков спутника. Он заключается в установке сразу двух преград – защитного экрана и металлической сетки, которая первой встречает атакующие частицы и дробит их", - рассказал Герасимов.

Обозреватель Наталья Пономарева

Присоединяйтесь к Interfax-Russia в "Twitter‘е", "Вконтакте" и на "Facebook