Томские ученые создают стекла иллюминаторов для космической станции «РОС»
Разработкой улучшения защитных и прочностных свойств стекол для космических иллюминаторов, в том числе предназначенных для будущей российской космической станции «РОС», занимаются материаловеды Института физики прочности и материаловедения (ИФПМ) СО РАН, 12 апреля сообщает пресс-служба Томского научного центра СО РАН.
В космосе иллюминаторы в первую очередь служат для наблюдений и съемок, что предъявляет определенные требования к оптическим характеристикам их стекол. При этом снаружи эти стекла ежесекундно подвергаются воздействию двигающихся с огромной скоростью метеороидов и микрочастиц космического мусора.
От их ударов стекло покрывается микрократерами, которые окружают трещины до нескольких миллиметров длиной, в результате чего оптические свойства стекла ухудшаются, а прочность стекол снижается.
Сотрудники ИФПМ СО РАН по заданию Ракетно-космической корпорации «Энергия» им. С. П. Королева провели для стекол иллюминаторов МКС расчеты остаточной прочности. Руководитель лаборатории материаловедения покрытий и нанотехнологий ИФПМ СО РАН профессор Виктор Сергеев рассказал о проделанной коллективом работе:
«Мы получили фотоснимки внешних стекол иллюминаторов Российского сегмента МКС, сделанные российскими космонавтами в космосе. Затем совместно с нашими коллегами из НИИ прикладной математики и механики ТГУ с помощью специальной установки смоделировали ситуации соударений 120 стекол-образцов и высокоскоростных микрочастиц, развивающих ту же скорость, что и в условиях открытого космоса. Таким образом, мы изучили, как на механическую прочность стекол влияет количество кратеров, их размеры, глубина и расположение».
По экспериментально полученным данным были произведены расчеты допустимого срока эксплуатации иллюминаторов на МКС и определен их остаточный ресурс, который показал, что они смогут работать минимум до 2030 года.
Дальнейшей задачей коллектива стала работа над улучшением защитных и оптических свойств стекол для космоса. Решая эту задачу, исследователи оценили соответствующие характеристики различных видов стекол относительно используемого в настоящее время в России кварцевого стекла, представляющего собой расплавленный диоксид кремния.
Были испробованы оптические стекла на основе оксидов натрия и кальция. Как оказалось, их характеристики не превосходили по долговечности кварцевые, но по стоимости они оказались гораздо дороже. Стекла из лейкосапфира (на основе оксида алюминия) в полтора раза превосходят кварцевые по твердости и почти в два раза по прочности, но зато они в три раза дороже кварцевых.
В ИФПМ СО РАН предложили повысить ударную стойкость кварцевых стекол до лейкосапфировых за счет нанесения на кварцевое стекло с помощью разработанного в институте ионно-плазменного оборудования до 10 слоев специальных покрытий. Состав этих покрытий также был разработан в лаборатории ИФПМ СО РАН.
В институте прошли успешные испытания изготовленной первой партии стекол с защитными покрытиями. Стекло было передано в РКК «Энергия» и будет использовано для изготовления иллюминаторов новых космических кораблей.
А в ИФПМ СО РАН приступили к разработке состава стекол для иллюминаторов большого диаметра (до полуметра) Национальной орбитальной космической станции (РОС), завершить которую предполагается к 2026 году.
Как пояснил руководитель лаборатории материаловедения покрытий и нанотехнологий ИФПМ СО РАН, «необходимо решить целый комплекс задач, связанных с повышением оптических характеристик стекол и их однородностью. Важно уменьшить массу производимых иллюминаторов, так как вывод каждого килограмма груза на космическую орбиту обходится очень дорого. Повышение прочности стекол за счет нанесения защитных покрытий позволит уменьшить их толщину, следовательно, их вес, а, значит, и сократить экономические издержки».
