«ИНТЕНСИВНЫЙ МАССОПЕРЕНОС»: КАКИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ДЛЯ ОСВОЕНИЯ КОСМОСА ДАСТ НОВЫЙ РОССИЙСКИЙ «САМОЗАЛЕЧИВАЮЩИЙСЯ» МАТЕРИАЛ...
До конца 2021 года сотрудники российского АО ГНЦ «Центр Келдыша» должны завершить научно-исследовательские работы по созданию слоистого «самозалечивающегося» материала. Как сообщили RT в пресс-службе предприятия, речь идёт об особом композите, нейтрализующем небольшие повреждения поверхности космических аппаратов. Он способен обеспечивать интенсивный массоперенос в область пореза или прокола и, как ожидают учёные, позволит улучшить защищённость орбитальных аппаратов и скафандров, которые подвергаются воздействию космической пыли. По мнению экспертов, на земле «самозалечивающийся» материал пригодится при изготовлении ёмкостей для хранения опасных жидких веществ...
Спутники на орбите Reuters © Oleg Novitskiy/Roscosmos/Handout
В декабре 2021 года специалисты АО ГНЦ «Центр Келдыша» (входит в «Роскосмос») завершат научно-исследовательские работы по созданию слоистого «самозалечивающегося» материала. Об этом сообщили RT в пресс-службе предприятия.
«Научно-исследовательские работы по изготовлению композиционных материалов с полимерной матрицей на основе соединений боросилоксана будут закончены в декабре нынешнего года. Проект осуществляется в рамках сотрудничества с РФФИ (Российским фондом фундаментальных исследований)», — рассказали RT в пресс-службе.
Центр Келдыша — головное научно-исследовательское предприятие «Роскосмоса» в области ракетного двигателестроения и космической энергетики. Оно также определено головной организацией госкорпорации по направлению «Функциональные материалы для космической техники».
«Эластичное растяжение»
Разработанный в Центре Келдыша композиционный материал способен демонстрировать быстрый самозалечивающий эффект (восстановление герметичности) в составе надувных конструкций с внутренней атмосферой.
Композит с полимерной матрицей на основе соединений боросилоксана, разработанный российскими учёными, имеет слоистую структуру с сочетанием слоёв, обладающих различными функциональными свойствами. Такая слоистая архитектура позволяет осуществлять массоперенос боросилоксановой матрицы к месту повреждения, при этом внешние слои композита выполняют защитные и конструкционные функции.
Образцы композиционного «самозалечивающегося» материала были испытаны на прокол и порез. Испытания выявили эффективное «самозалечивание» при проколах размером до нескольких миллиметров.
«Боросилоксановые соединения представляют собой неньютоновскую жидкость, которая, обладая текучестью при статической нагрузке, проникает в поры (отверстия), блокирует их и не позволяет выходить воздуху. Для получения дополнительных свойств в боросилоксан добавляются армирующие и активирующие компоненты. Например, слои частично сшитого боросилоксана при эластичном растяжении проявляют память формы, а центральный слой вязкотекучего боросилоксана отвечает за интенсивный массоперенос в область пореза или прокола», — пояснили в пресс-службе Центра Келдыша.
Летом прототип этого изделия был продемонстрирован в на Международном авиационно-космическом салоне (МАКС-2021) и на Международном военно-техническом форуме «Армия-2021».
В буклете предприятия говорится, что принципиальная архитектура «самозалечивающегося» материала представляет собой «систему из нескольких функциональных слоёв, каждый из которых выполняет определённую задачу, что позволяет достигать самоконтролируемости всей системы, когда наносимый дефект активирует процесс самозалечивания».
Специалисты Центра Келдыша создали прототипы нескольких видов такого композита с различными архитектурами внутренних слоёв и боросилоксановыми матрицами, которые отличаются по плотности, твёрдости, вязкости и иным свойствам. Например, в одну из вариаций «самозалечивающегося» материала были добавлены углеродные волокна, которые увеличили твёрдость и армировали композиционный материал.
Стенд Центра Келдыша с образцами «самозалечивающегося» материала © АО ГНЦ «Центр Келдыша»
В комментарии RT научный сотрудник предприятия Ирина Залётова отметила, что «самозалечивающийся» материал может пригодиться прежде всего для защиты транспортных и других космических аппаратов от механических повреждений, которые возникают после воздействия микрометеороидов и частиц мелкого космического мусора.
Как рассказала Залётова, разные виды композитов с полимерной матрицей на основе соединений боросилоксана также уместно применять в конструкции МКС, в разрабатываемых космических модулях и в материалах для скафандров.
Сфер практического применения «самозалечивающегося» материала достаточно много. Однако перед этим предстоит проделать большой объём работы: нужно более точно оценить массогабаритные характеристики изделия и модернизировать конструкцию для непосредственного применения в составе различных модулей космических аппаратов, подчеркнула Залётова.
Отвечая на вопрос RT о способности изделия выдерживать попадание элементов космического мусора диаметром более 0,5 см, Залётова не исключила такой вероятности, но отметила необходимость дальнейших исследований и экспериментов.
Ранее генеральный директор Центра Келдыша Владимир Кошлаков сообщил, что подобные композиционные материалы могут быть использованы «не только для ракетно-космической техники, но и в других высокотехнологических отраслях».
«Нужны новые материалы»
Опрошенные RT эксперты считают крайне перспективным проведение дальнейших исследований и испытаний «самозалечивающегося» материала. По их мнению, композиты с полимерной матрицей на основе соединений боросилоксана могут найти широкое практическое применение как на орбите, так и на земле.
В комментарии RT ведущий научный сотрудник Института космических исследований (ИКИ РАН) Натан Эйсмонт заявил, что «самозалечивающийся» материал однозначно подойдёт для изготовления более защищённых скафандров. По его словам, современные материалы не всегда надёжно оберегают космонавтов.
Космическая пыль в туманности «Конская голова» NASA © NOAO, ESA and The Hubble Heritage Team STScI/AURA
«Вполне ожидаемо, что композит с полимерной матрицей на основе соединений боросилоксана будет применяться с целью улучшения защитных свойств скафандров. Для экспедиций на ту же Луну требуются более прочные скафандры. Ведь предполагается, что космонавты будут там работать, откалывая куски астероидов», — сказал Эйсмонт.
Старший научный сотрудник Института астрономии РАН, кандидат физико-математических наук Сергей Нароенков считает, что прежде всего «самозалечивающийся» материал потребуется для защиты космических аппаратов. В беседе с RT он отметил, что композит, созданный Центром Келдыша, должен стать заслоном от воздействия космической пыли (микрометеоритов).
Космическая пыль — это частицы твёрдого вещества размером от нескольких молекул до десятков микрон, находящиеся в космическом пространстве. В исследованиях последних лет утверждается, что она возникает главным образом от комет.
В 2017 году в научном журнале Physics of Plasmas была опубликована статья учёных из Бостонского университета, посвящённая угрозе, которую представляет космическая пыль. Как сообщалось в материале, попадая в оборудование спутников и зондов, микрометеориты образуют плазменные мини-облачка, в центре которых возникают мощные электромагнитные волны. В итоге неожиданно происходят различные сбои в работе электронной начинки. При определённых обстоятельствах нарушения могут привести к аварии и потере космического аппарата. В частности, именно воздействие космических частиц (космических лучей) было признано главной причиной аварии российской межпланетной станции «Фобос-Грунт» 9 ноября 2011 года.
«Аппараты действительно могут выйти из строя при проникновении космических частиц. Проблема эффективной защиты спутников и других аппаратов с повестки дня не ушла», — подчеркнул Нароенков.
Как рассказал учёный, чтобы защитить орбитальные аппараты от атак космической пыли, применяются специальные экраны и покрытия, однако они могут сильно повреждаться. По словам Нароенкова, используемые материалы пропускают частицы определённого размера и элементы пыли, которые летят на высоких скоростях.
«Нужны новые материалы для сдерживания космической пыли, поэтому композит с эффектом самозатягивания, безусловно, можно назвать перспективной разработкой», — поясняет собеседник RT.
По мнению эксперта, на земле материал с полимерной матрицей на основе соединений боросилоксана может использоваться для защиты поверхностей от повреждений, которые наносит сухопутная пыль, а также при изготовлении ёмкостей для хранения опасных жидких веществ...