Ученые ТУСУРа разработали высокостабильное терморегулирующее покрытие для космических аппаратов

Новое покрытие создано на основе разработанного учеными ТУСУРа пигмента Zn2SiO4 (силикат цинка) и калиевого жидкого стекла (K2SiO3). Лабораторные исследования подтвердили высокие характеристики покрытия: оно поглощает лишь около 7% солнечной энергии, обладая при этом большим значением коэффициента излучения (порядка 90%), что обеспечивает излучение тепла, вырабатываемого оборудованием, установленным на космическом аппарате.

В космических аппаратах (КА) поддержание температуры на заданном уровне обеспечивается системами терморегулирования, основным элементом которых являются пассивные терморегулирующие покрытия. В начале полетов температура КА поддерживается на уровне 20^оС, однако, в процессе эксплуатации на покрытия действуют различные повреждающие факторы, главные 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. 

«В начале космической эры спутники летали 1-2 года. Сейчас срок службы необитаемых космических аппаратов может достигать 15-20 лет. Для дальнейшего 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», - рассказывает заслуженный деятель науки РФ, доктор физико-математических наук,  профессор, заведующий лабораторией радиационного и космического материаловедения ТУСУРа Михаил Михайлов.

В основе нового покрытия, созданного в ТУСУРе – новый тип пигмента, разработанный в лаборатории радиационного и космического материаловедения университета в 2015 году. Ученые использовали две молекулы, которые традиционно применяются для покрытий космических аппаратов: оксид цинка, который «летает» с первых дней освоения космоса, и диоксид кремния, который раньше наносился поверх основного покрытия.

«Мы соединили эти две молекулы в единую высокостабильную структуру, что позволило добиться кратного, по сравнению с традиционно применяемыми покрытиями, уменьшения интегрального коэффициента поглощения солнечного излучения. В лабораторных испытаниях мы получили его значения 0,077, что в 2-2,5 раза меньше по сравнению с известными покрытиями.  Кроме малого значения интегрального коэффициента поглощения солнечного излучения другим важным,  или даже основным,  показателем этого покрытия является его высокая стойкость к действию излучений космического пространства. Благодаря использованию при синтезе нанопорошка SiO2 вместо порошка из зерен микронных размеров была повышена фото– и радиационная стойкость разработанного покрытия», - рассказал Михаил Михайлов.

Одна из задач, над которой работал коллектив лаборатории, была связана с низкой адгезией получаемого покрытия. Учеными была разработана технология нанесения, которая позволяет решить эту проблему. Перед нанесением жидкостекольный композиции на основе пигмента Zn2SiO4 на алюминиевую подложку требуется предварительная подготовка поверхности и нанесение тонкого слоя жидкого стекла (праймера). Это позволяет значительно снизить риск отслаивания финишного покрытия в экстремальных условиях перепадов температур, действия излучений, вакуума, вибраций при запуске КА. Также была определена оптимальная толщина разработанного терморегулирующего покрытия: от 80 до 120 мкм.

В 2027 году ученые планируют разработать на основе пигмента Zn2SiO4 полимерное покрытие. В 2028 году в соответствие с программой исследований оба вида покрытий будут готовы к внедрению на предприятиях космической отрасли.