У большинства россиян День космонавтики — 12 апреля — вызывает теплые и трепетные чувства. Улыбка Юрия Гагарина с детства знакома и дорога каждому. Наша страна, благодаря его подвигу, превратилась в передовую космическую державу, а у огромного числа людей пробудилось стремление к познанию неизведанного. Так, в результате события, произошедшего в апреле далекого 1961-го, сформировалось целое поколение романтиков и энтузиастов — ученых, изучающих космос и все, что с ним связано. Академическая наука Сибири внесла свой вклад в развитие российской космической отрасли. Работы в этом направлении ведутся непрерывно, а последние два года отмечены рядом достижений, открывающих значительные перспективы…
Избегай дуги на орбите
Создание любого космического аппарата требует больших вложений — и научных, и финансовых. Очень важно, чтобы при его выходе в космос не произошло ничего, что вывело бы дорогостоящее оборудование из строя и поставило крест на проекте. Одна из серьезных угроз в таких случаях — пробой в электрических цепях. Проблема в том, что энергоемкость космических аппаратов наращивается с каждым годом. Сейчас бортовые напряжения достигают 100 вольт, что в три раза выше порога дугообразования. Увеличение напряжения бортовой сети резко повышает риск зажигания вакуумной дуги, которое неизбежно вызывает сбой в работе оборудования или даже его разрушение.
С 2013 года в Институте сильноточной электроники (ИСЭ) СО РАН ведется разработка методов комплексной диагностики бортовой аппаратуры космических аппаратов на предмет ее устойчивости к дугообразованию. В рамках Федеральной целевой программы “Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы” выполняется поисковое научное исследование, инициированное технологической платформой “Национальная информационная спутниковая система”.
Этот масштабный проект объединил ученых и разработчиков из ИСЭ СО РАН и вузов — Национального исследовательского Томского государственного университета (ТГУ), Национального исследовательского Томского политехнического университета (ТПУ), Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР). Индустриальным партнером здесь выступило АО “Информационные спутниковые системы” им. академика М.Ф.Решетнева”. Исследования, которые планируется выполнить в течение трех лет (2015-2017 годы), возглавляет заведующий Лабораторией вакуумной электроники ИСЭ СО РАН Александр Батраков. Ежегодное финансирование этих работ составит 15 млн рублей, поступающих из бюджета. Еще 55 млн рублей будут привлечены дополнительно со стороны индустриального партнера и самого ИСЭ СО РАН.
— В 1970-1980-е годы для науки СССР было характерно долгосрочное планирование научных исследований, — рассказывает Александр Батраков. — Сегодня во всем мире тенденция иная: многие научные проекты, в том числе и наш, начинаются буквально с нуля. Связано это с тем, что финансирование выделяется под исследования, которые, базируясь на фундаментальных достижениях, нацелены на решение актуальной прикладной задачи в интересах того или иного крупного промышленного партнера. Например, в настоящее время отсутствуют методы неразрушающего контроля для диагностики отдельных частей электротехнического оборудования. Одна из главных задач нашего проекта — предложить такие методы, которые позволили бы проверить электрическую прочность каждой платы в условиях искусственной “космической” плазмы еще на Земле, увидеть и исключить те слабые места, где может произойти вакуумный пробой. Это поможет обезопасить электронику космического аппарата в условиях реального космоса.
У каждого из участников проекта — своя задача. В ТГУ ведутся теоретические исследования, в ТПУ создаются изоляционные материалы и кабели, а ТУСУР разрабатывает комплекс компьютерных программ. В ИСЭ СО РАН работают над уникальным дефектоскопическим оборудованием, которое позволит тестировать детали аппаратуры на вероятность образования вакуумной дуги и исследовать электроразрядные процессы, происходящие внутри космического корабля.
Результаты этих исследований, в первую очередь, важны для обеспечения бесперебойной работы спутников связи с большой излучаемой мощностью, покрывающих сигналом крупные территории. Осенью 2015 года мы планируем собрать экспериментальный образец диагностической установки, тестирование которого будет проводить АО “Информационные спутниковые системы”. Еще через два года опытно-конструкторские образцы должны быть переданы в НПЦ “Полюс”, где продолжится отработка методики тестирования бортовой электронной аппаратуры космических аппаратов.
Томичи — космодрому “Восточный”
Запуск космического аппарата, наблюдаемый обывателями по телевизору, всегда впечатляет и захватывает дух. Однако мало кто задумывается, что этот сложнейший процесс сопровождается работой целого ряда устройств и приборов, контролирующих состояние окружающей среды и, в частности, метеорологической ситуации в районе космодрома.
В решении подобных задач также используются достижения академической науки и инновационного бизнеса Сибири. В конце прошлого года на космодром “Восточный” была поставлена партия автономных метеорологических комплексов, разработанных и произведенных Институтом мониторинга климатических и экологических систем (ИМКЭС) СО РАН и компанией “Сибаналитприбор”, которая является резидентом Особой экономической зоны ТВТ “Томск” и промышленным партнером института.
В ИМКЭС СО РАН постоянно ведутся работы по созданию автоматических метеорологических станций нового поколения. В основе разработок лежит уже известная автономная метеорологическая станция АМК-03, в которой реализован ультразвуковой метод измерения характеристик ветра и температуры воздуха. Такая станция обладает очень высокими эксплуатационными свойствами и соответствует самым строгим требованиям. Все процессы измерения, регистрации и передачи информации в ней полностью автоматизированы, станция может работать в автономном режиме, без обслуживания человеком, более года.
Что нужно для космического корабля нового поколения?
Создание космического корабля нового поколения сегодня является одной из задач государственной значимости. Решение ее требует разработки инновационных подходов, прорывных технологий и качественно иных материалов. Например, таких, как новые высокопрочные легкие алюминиевые сплавы, разработанные специально для авиакосмической отрасли.
Одна только проблема: такие сплавы не поддаются сварке традиционными методами. Здесь необходимо применение новейшей технологии создания неразъемных соединений — речь идет о сварке трением с перемешиванием. Суть ее в том, что плавления металла не происходит, а сам сварной шов формируется за счет фрикционного нагрева и сверхинтенсивной пластической деформации. Однако новая технология требует одновременного развития подходов к диагностике состояния сварного соединения, полученного данным методом. А это невозможно без глубоких знаний в области закономерностей пластической деформации. Институт физики прочности и материаловедения (ИФПМ) СО РАН является одним из мировых лидеров в области фундаментальных исследований многоуровневых механизмов пластической деформации. Именно такой подход позволяет понять природу и изучить механизмы пластического деформирования материала в столь сложных условиях.
Согласно постановлению российского правительства, с 2013 года ИФПМ СО РАН совместно с ОАО “Ракетно-космическая корпорация “Энергия” им. С.П.Королева” и Томским политехническим университетом реализует проект “Разработка и внедрение высокоэффективной технологии активно-пассивного контроля качества соединений, полученных методом сварки трением с перемешиванием, для изготовления корпусных элементов ракетно-космической техники нового поколения”.
— Контроль качества сварных соединений нового типа имеет принципиальное значение, — поясняет заведующий лабораторией контроля качества материалов и конструкций ИФПМ СО РАН Евгений Колубаев. — Ведь речь идет о выявлении различных дефектов, которые могут отрицательно сказаться на работе космического аппарата. В космосе все должно быть безупречно: от этого зависит не только престиж России на мировой арене, но и жизнь людей. Комплексное применение выбранных нами методов неразрушающего контроля не случайно: оно позволяет с максимальной достоверностью и эффективностью выявлять спе-цифические дефекты различного типа, характерные для сварки трением с перемешиванием. Применение данного решения позволит обеспечить надежность сварных соединений космической техники из перспективных алюминиевых сплавов. Кстати, анализ методов неразрушающего контроля, используемых ведущими мировыми производителями авиакосмической техники, такими как “Thales Alenia Space” и “Airbus”, показал уникальность предложенного нами подхода. По признанию специалистов, сегодня это лучший в мире комплекс контроля состояния нового типа неразъемных соединений…
ИФПМ СО РАН выполняет и еще один проект, связанный с космической тематикой. Причем работы ведутся в связке с теми же самыми партнерами: ТПУ и ОАО “РКК “Энергия”. В данном случае речь идет о решении проблемы защиты стекол иллюминаторов космических аппаратов от многочисленных поверхностных разрушений, вызванных бомбардировкой микрометеороидами и космическим мусором. Это крайне непростая задача, ведь необходимо сохранить оптические свойства иллюминатора.
Но российским ученым удалось решить и эту проблему, создав уникальную технологию магнетронного нанесения специальных покрытий, которые будут защищать стекла от повреждающего воздействия микрометеороидов.
По словам заведующего лабораторией материаловедения покрытий и нанотехнологий ИФПМ СО РАН Виктора Сергеева, оптически прозрачное многокомпонентное покрытие состоит из нескольких слоев: “В его состав входят более десяти элементов таблицы Менделеева. Каждый из слоев имеет свою функцию. Одни решают задачу повышения ударной, термоциклической и радиационной стойкости, другие делают покрытие прозрачным и т.д.”.
Проведенные в прошлом году испытания по бомбардировке стекол с новым покрытием (на легкогазовой пушке, разгоняющей микрочастицы железа со средним размером около 50 микрометров до скоростей 5-8 километров в секунду) прошли успешно. После нанесения “защиты” число кратеров, образующихся на поверхности стекла, уменьшилось в три раза. В ОАО “РКК “Энергия” было принято решение об использовании данной разработки для стекол иллюминаторов перспективных космических кораблей и модулей Международной космической станции. На этом сосредоточатся в нынешнем году специалисты ИФПМ СО РАН, где совместно с ТПУ будет запущена технологическая линия по нанесению защитных покрытий на стекла иллюминаторов.
Этими примерами сотрудничество ИФПМ СО РАН с космической отраслью не исчерпывается. Сегодня при участии института проводятся четыре космических эксперимента. Общая сумма проектов и контрактов, выполняемых совместно с томскими университетами, перевалила за 400 миллионов рублей… За всеми этими и многими другими достижениями сибирских ученых стоят годы исследований, которые и позволили сформировать ключевые компетенции для решения задач высокой сложности. Ну и, конечно, такая обаятельная улыбка Юрия Гагарина.
На снимке слева направо: директор ИФПМ СО РАН чл.-корр. РАН С.Псахье, заместитель председателя Правительства РФ А.Дворкович и губернатор Томской области С.Жвачкин
Ольга БУЛГАКОВА
Фото предоставлено
пресс-центром ТНЦ СО РАН
Нет комментариев