За последние десятилетия в мире появилось немало перспективных космических проектов. Россия связывает свои надежды с разработкой перспективной пилотируемой транспортной системы и пилотируемого транспортного корабля нового поколения, которые должны прийти на смену долгожителям космических орбит – пилотируемым кораблям серии «Союз» и автоматическим грузовикам серии «Прогресс».
Доверие сибирякам
Чтобы сделать корабль максимально легким, в его конструкции предполагается использовать новейшие композитные материалы. В 2014 году Институт физики прочности и материаловедения СО РАН совместно с ракетно-космической корпорацией «Энергия» им. С.П.Королева и Национальным исследовательским Томским политехническим университетом существенно продвинулись в научных исследованиях в области создания новых материалов, конструкций и технологий для космической отрасли. Так, например, сотрудниками ИФПМ СО РАН выполнен целый ряд работ по созданию аппаратного комплекса для диагностики ответственных конструкций из высокопрочных алюминиевых сплавов, в том числе корпусов космических аппаратов. Легкие и прочные сплавы, изготовленные по новой технологии и соединенные сваркой трением с перемешиванием, позволят уменьшить вес корпуса и увеличить полезную нагрузку выводимых на космическую орбиту летательных аппаратов.
Внедрение высокоэффективной технологии активно-пассивного контроля качества соединений корпусных элементов ракетно-космической техники нового поколения, полученных сваркой трением с перемешиванием, позволит создать надежные космические конструкции, в том числе и для освоения дальнего космоса.
Защита от метеорита
Учеными ИФПМ СО РАН решена проблема защиты иллюминаторов космических аппаратов от мелких метеоритов и космического мусора, которые представляют опасность для различных оптических систем: зеркал, линз, защитных стекол и так далее. В космическом пространстве происходит бомбардировка поверхности космических аппаратов мелкими твердыми частицами, которые имеют поперечный размер в пределах 0,1–100 мкм и движутся с высокими скоростями – до 5–50 км/с. В результате на поверхности оптических элементов, в частности иллюминаторов, образуются крупные кратеры и царапины, а при длительном пребывании в открытом космосе происходит заметная эрозия поверхности стекла, значительно снижающая оптические характеристики иллюминаторов. Это ведет к проблемам при проведении оптических измерений и исследований, которые осуществляются космонавтами с борта космических аппаратов.
На основе предложенного оригинального многоуровневого подхода в ИФПМ СО РАН разработаны ионно-магнетронные методы послойного нанесения многокомпонентных нанокомпозитных оптически прозрачных покрытий на кварцевые стекла для изготовления иллюминаторов космических аппаратов. Внешний поверхностный слой стекла с таким покрытием приобретает высокую твердость и упругость, имеет низкую теплопроводность, высокие температуру плавления и ударную стойкость. Такие покрытия способны противостоять ударному воздействию микрочастиц железа со средним размером 56 мкм, движущихся со скоростями в интервале 5–8 км/с. Проведенные испытания при подобных условиях показали уменьшение поверхностной плотности кратеров не менее чем в 3 раза.
Спрятаться от излучения
Разработанные покрытия защищают космонавтов от вредного ультрафиолетового излучения при возникновении вспышек на Солнце. О важности этой разработки говорил космонавт дважды Герой Советского Союза Владимир Джанибеков, приезжавший в 2014 году на празднование 30-летия ИФПМ СО РАН. Общаясь с томскими разработчиками, покоритель космических просторов давал конкретные рекомендации в отношении легких и высокопрочных материалов, способных работать в условиях космического пространства продолжительное время. По его словам, задача создания и исследования материалов для экстремальных условий крайне важна для развития космической отрасли. В связи с этим фундаментальные исследования, проводимые учеными ИФПМ СО РАН совместно с ТПУ, имеют стратегическое значение. Они позволяют России сохранить лидерские позиции в освоении космического пространства в среднесрочной перспективе.
Коллектив Института физики прочности и материаловедения СО РАН сердечно поздравляет коллег и партнеров с Днем науки!
Аппаратный комплекс для диагностики космических аппаратов. Слева направо: Александр Чернявский – заместитель генерального конструктора РКК «Энергия», Сергей Псахье – директор ИФПМ СО РАН, Валерий Рубцов – научный сотрудник, Сергей Крикалев – Герой Советского Союза и Герой России, первый заместитель директора ЦНИИ машиностроения по пилотируемым программам, Евгений Колубаев – завлабораторией
Сегодня ИФПМ СО РАН является головной организацией пяти космических экспериментов, которые будут проведены в 2015 – 2018 годах.