Сибирские физики назвали лучший материал для обшивок спутников

0

Ученые из Новосибирска сравнили радиационную стойкость различных отечественных композитных материалов для обшивок космических спутников и самолетов. Они выяснили, что традиционные эпоксидные углепластики в разы уступают в этом отношении новым материалам на базе цианатных эфиров, сообщает пресс-служба ИЯФ СО РАН.

«Мы провели испытания радиационной стойкости четырех типов образцов: собственно эпоксидного и цианат-эфирного связующих, а также стеклопластика и углепластика на основе цианатных эфиров. Исследования проводились при дозах в 10, 20, 50, 100, 200 и 500 мегагрэй, причем для набора последней нам понадобилось около месяца», — рассказывает Михаил Коробейников, старший научный сотрудник ИЯФ СО РАН.

Помимо вакуума, резких перепадов температур и различных механических нагрузок, жизни спутников и космических кораблей в космосе угрожает радиация, чьим источником служит как Солнце, так и космические лучи. Она не только может породить мутации в ДНК будущих марсонавтов, но и крайне негативно повлиять на работу электроники и состояние обшивок зондов и пилотируемых аппаратов.

Радиация, как объясняют ученые, особенно сильно угрожает легким и прочным композитным материалам, состоящим из углеволокон и различных клеящих материалов. Сам наполнитель почти не страдает от облучения, однако молекулы скрепляющих составов постепенно разрушаются под действием ионизирующего излучения, что может делать обшивку и внутренние компоненты спутников менее прочными.

Сегодня, как отмечает Илья Вихров, сотрудник НИИ космических и авиационных материалов в Переславле-Залесском, российские космические аппараты используют в основном материалы, изготовленные из эпоксидных углепластиков. Зарубежные разработчики спутников, в свою очередь, перешли на новые типы композитов, построенные на базе цианатных эфиров. Недавно подобные материалы начали производиться и в России.

Вихров, Коробейников и их коллеги решили сравнить эти материалы, используя ускоритель электронов ИЛУ-6, построенный на территории Института ядерной физики СО РАН в Новосибирске для решения различных промышленных задач.

Используя эту установку, ученые облучали образцы "космического" угле— и стеклопластика разными количествами заряженных частиц и замеряли то, как менялись их механические и физические свойства после подобной обработки. Максимальные дозы, как отметили физики, на несколько порядков превосходили то, как много заряженных частиц сталкивается с обшивкой зондов на протяжении нескольких десятилетий работы в космосе.

Как оказалось, новые типы углепластика значительно превосходили их эпоксидные аналоги по радиационной стойкости — они сопротивлялись действию излучения примерно в 4-5 раз дольше и меньше меняли свои свойства при бомбардировке электронами.

К примеру, эпоксидные материалы начинали быстро терять прочность при достижении отметки в 50 мегагрэй, тогда как их цианат-эфирные "конкуренты" сохраняли высокую прочность до отметки в 200 мегагрэй. При этом, что интересно, сам углепластик не менял своих свойств вплоть до дозы в 500 мегагрэй, тогда как стеклопластик потерял до 30% прочности.

Все это, как отмечают ученые, говорит о том, что российские композитные материалы на базе цианат-эфиров можно уверенно применять при сборке космических аппаратов и самолетов. Вдобавок, они могут найти применение в атомной промышленности и при создании различных ускорителей частиц, где тоже характерны высокие радиационные нагрузки.