ТУСУР завершает работу по созданию интеллектуальных покрытий для космических аппаратов

Исследование учёных ТУСУРа направлено на решение одной из важнейших задач, определяющих срок службы космического аппарата на орбите, – обеспечение стабильного температурного режима, необходимого для работы приборов и систем. На старте температура внутри аппарата составляет 20 – 25 градусов, и такой она должна основаться на протяжении всего срока работы. При значительном повышении температуры, до 80 – 100 градусов, даже на короткое время приборы и системы могут выйти из строя: расплавляются входящие в их состав полимерные материалы.

Заданный температурный режим обеспечивается терморегулирующими покрытиями, задача которых – отразить как можно больше энергии солнечного спектра и отвести вовне тепло, которое выделяется при работе приборов. В настоящее время благодаря модифицированию наночастицами материалов, традиционно используемых для создания терморегулирующих покрытий, учёные ТУСУРа получили составы, которые позволяют продлить срок службы терморегулирующих покрытий до 10 лет.

Следующим шагом стало создание интеллектуальных покрытий, способных реагировать на изменение внешних условий и регулировать излучаемую мощность для поддержания на заданном уровне температуры космических аппаратов.

Михаил Михайлович Михайлов, заведующий лабораторией радиационного и комического материаловедения ТУСУРа, профессор

Мы подошли к решению задачи терморегулирования с другой стороны и параллельно с исследованиями, направленными на увеличения сроков службы на более длительное время, путём модифицирования наночастицами известных покрытий, начали исследования по разработке материалов, способных реагировать на внешние условия и обеспечить заданный температурный режим путём соответствующего изменения своей излучательной способности. Такие покрытия называют «интеллектуальными» или «думающими». Эта функция покрытия позволит компенсировать неизбежную деградацию материала под воздействием внешних факторов, стабилизировать тепловой режим и обеспечит более длительный срок службы космического аппарата.

Учёные ТУСУРа создали покрытие, которое при увеличении температуры увеличивает излучательную способность и таким образом обеспечивает заданную рабочую температуру космического аппарата. На основе порошков титаната бария получены составы отражающих интеллектуальных покрытий и разработан детонационный метод их нанесения, обеспечивающий высокую адгезию к металлическим подложкам.

К разработке учёных ТУСУРа проявили большой интерес предприятия космического профиля и российские и зарубежные научные организации, занимающиеся созданием покрытий для космических аппаратов.

«Применение пассивных терморегулирующих систем с умными покрытиями позволит увеличить полезную нагрузку космического аппарата за счёт сокращения функционала активных систем, обеспечивающих охлаждение или обогрев аппарата по команде с Земли. Наше умное покрытие также позволит увеличить срок службы наноспутников, где такая служебная система не предусмотрена. Поэтому такие спутники имеют значительно меньший рабочий ресурс, чем могли бы, при условии использования нашего умного покрытия», – говорит профессор Михаил Михайлов.

Тенденция к созданию открытых спутников рамочного, негерметичного типа (то есть лишённых защитного корпуса), по мнению Михаила Михайлова, также требует более надёжных покрытий, способных обеспечить тепловой режим приборов и систем аппарата.

Помимо космической техники, такие покрытия могут использоваться для стабилизации температуры технологических процессов, происходящих в химических и ядерных реакторах, а также для тепло-и энергосбережения в жилых и производственных зданиях.

Термостабилизирующее покрытие может быть разработано в виде краски, которую можно легко нанести на стены здания, – это позволит зимой сохранять тепло, а жарким летом создаст прохладу. Эффективным может быть использование покрытий для реакторов, где происходят химические или технологические процессы, не допускающие температурных изменений. Если обработать реактор таким покрытием, то при любых внешних изменениях температура внутри останется неизменной. Использование таких добавок в текстильной промышленности позволит создавать «умную» одежду, обеспечивающую максимально комфортную температуру её владельцу.

Исследование по проекту «Разработка научных основ и технологических принципов создания интеллектуальных покрытий путём нанесения детонационным методом слоёв синтезированных порошков титаната бария с частично замещёнными катионами, обладающих управляемыми фазовыми переходами и высокой стойкостью к действию излучений» выполняется при поддержке РНФ. Результаты исследования опубликованы в отечественных и зарубежных журналах и в кандидатской диссертации Тимура Утебекова.

В настоящее время проводятся исследования по созданию «интеллектуальных» покрытий другого типа – поглощающих покрытий на основе манганитов редкоземельных элементов. Результаты этих исследований опубликованы в известных журналах [см., например: M. Mikhailov, V. Vlasov,V., T. Utebekov, A. Sokolovskiy, A.Lovizkii, A. Smolin Solid-state synthesis of LaSrMnO3 powders for smart coatings//Materials Research Bulletin 89(2017)154-160].