Учёные создали новые нанопокрытия для космических аппаратов
Следи за успехами России в Телеграм @sdelanounas_ru
© tusur.ru
В рамках программы развития «Приоритет 2030» и Госзадания в Томском госуниверситете систем управления и радиоэлектроники созданы новые типы покрытий для поддержания температуры космических аппаратов на необходимом уровне.
В космических аппаратах (КА) поддержание температуры на заданном уровне осуществляется системами терморегулирования, основным элементом которых являются терморегулирующие покрытия. В начале полетов температура КА поддерживается на уровне 20оС. В процессе полетов на покрытия действуют различные повреждающие факторы, главный из которых — ионизирующие излучения. Образовавшиеся дефекты приводят к увеличению коэффициента поглощения, повышению температуры космических аппаратов, ухудшению условий работы приборов и оборудования и даже к их отказам. Для увеличения сроков активного существования КА необходимы качественно новые покрытия, которые будут поддерживать температуру на заданном уровне, обеспечивать работу всех приборов и устройств в течение длительных сроков.
Новые нанопокрытия для космических аппаратов, разработанные учеными ТУСУРа, созданы из силиката кальция (СаSiO3) и карбоната кальция (СаCO3), модифицированных диоксидом церия (CeO2).
«И силикат, и карбонат кальция имеют большую ширину запрещенной зоны — это означает, что они поглощают очень мало солнечного света. Если традиционные покрытия на основе оксида цинка или диоксида титана поглощают до 20% и более солнечной энергии, то эти — 7-10%, обладая при этом большим значением коэффициента излучения (ε~0.9), что обеспечивает излучение тепла, вырабатываемого оборудованием, установленным на космическом аппарате. Главный недостаток покрытий на основе немодифицированных порошков СаSiO3 и СаCO3 — нестабильность сложных анионов при облучении, которая приводит к их разложению, образованию дефектов и центров поглощения, а также к их „потемнению“ — уменьшению отражательной способности. Для стабилизации мы вводим в состав пигмента наночастицы, на которых релаксируют эти первичные дефекты. Потемнение происходит в меньшей степени», — рассказывает профессор, заведующий лабораторией радиационного и космического материаловедения ТУСУРа Михаил Михайлов.
Коллектив ученых, который работал над новыми составами, исследовал более 10 типов оксидов, определяя, какой лучше подойдет для решения стоящей перед ними задачи. В итоге выбор остановился на оксиде, у которого катион является редкоземельным элементом — на диоксиде церия (CeO2). Химические особенности оксидов редкоземельных элементов позволяют использовать одновременно два механизма увеличения радиационной стойкости материалов.
Эксперименты показали, что для получения максимального эффекта в состав пигмента достаточно ввести 0,1-0,5% наночастиц. Стойкость оптических свойств при облучении частицами в космическом пространстве при этом возрастает до 2-2,5 раз, а расчетный срок службы — до 15-20 лет.
Проектные исследования проводили на протяжении двух лет. Только за 2024 год коллективом ученых было подготовлено 19 публикаций, 18 из которых опубликованы в зарубежных журналах, индексируемых Scopus и Web of Science.
«Спектр применения наших пигментов крайне широк и не ограничивается космическими аппаратами. Например, если такие покрытия, стабильные к солнечному свету, нанести на стены зданий в жарких странах, они не будут трескаться. Состав можно использовать для изготовления керамики, которая применяется в ядерных реакторах, ускорителях заряженных частиц, рентгеновских аппаратах и должна обладать повышенной радиационной стойкостью. Наши пигменты могут быть востребованы для нанесения на емкости и оборудование для хранения и транспортировки нефтепродуктов и в других сферах», — отметил Михаил Михайлов.
По словам авторов разработки, интерес к новым пигментам уже проявили в АО «Композит» и в «Центре подготовки космонавтов» Госкорпорации «Роскосмос».
Кстати, а вы знали, что на «Сделано у нас» статьи публикуют посетители, такие же как и вы? И никакой премодерации, согласований и разрешений! Любой может добавить новость. А лучшие попадут в телеграмм @sdelanounas_ru. Подробнее о том как работает наш сайт здесь👈
