Вы здесь

Где и как создают будущее ракетно-космической отрасли


Делать космические аппараты легче и меньше — вот цель союзной программы «Технология-СГ». И белорусские «мозги» здесь весьма востребованы. В Институте тепло- и массообмена имени А. В. Лыкова Национальной академии наук Беларуси ведется работа по разработке новых покрытий и технологий. Уже есть чем поделиться, и наш корреспондент посетил лаборатории, где создают будущее ракетно-космической отрасли.


Па­вел Ку­мей­ша, младший на­учный сотрудник лаборатории вы­со­ко­точ­ной обработки поверхности.

Новые разработки

В программе предусмотрены три направления. Первое — разработка технологий создания новых материалов для средств космического назначения. Это, например, многофункциональные покрытия космической техники. Второе — создание элементов систем энергопитания, терморегулирования и управления для малых космических аппаратов. Здесь в ход идут в том числе и наноматериалы. И третье — создание элементов целевой аппаратуры.

Координатором программы выступает Роскосмос, поэтому, конечно, белорусские организации, а их, к слову, 13, заинтересованы, чтобы в итоге их разработки были применены и полетели покорять ближний, а может быть, и дальний космос. Удовольствие это, как говорится, не из дешевых: в прошлом году на выполнение белорусской части программы было запланировано 117 млн российских рублей. Всего за 2016—2020 годы (срок реализации «Технологии-СГ») из союзного бюджета будет выделен 1 млрд 937 млн российских рублей.

Феликс БОРОВИК, старший научный сотрудник Института тепло- и массообмена НАН Беларуси, рассказал о промежуточных итогах, которые удалось достичь за полтора года работы. Например, уже разработана технология, которая позволяет получать керамику с прочностью в 2,5-3 раза выше, чем у коммерчески доступных аналогов. Это значит, что разработчики могут изготовить подложки для зеркал значительно более низкого веса и сделать конструкцию более тонкостенной. Также эта керамика обладает превосходными теплопроводными качествами, что важно для космической техники.

В космосе всей электронике приходится бороться с внешними магнитными полями. И если на Земле, чтобы убрать помехи, можно, к примеру, использовать громоздкий экран, то для космоса такое решение не подходит. На данный момент ученые подобрали число и размеры слоев покрытия, чтобы уменьшить толщину и вес экрана и решить проблему электромагнитной совместимости. Кроме того, в рамках задания разработана технология получения прозрачных экранов на стекле. Здесь ученым приходится бороться с отражением, что снова достигается с помощью чередования слоев.

Вообще, все виды покрытия крайне важны в космосе. Защитные — необходимы и для оптики. Так, для съемки в инфракрасном диапазоне используются линзы из германия. Материал не из дешевых, а повредить его может любой космический мусор. Для защиты разрабатывается технология нанесения алмазоподобных покрытий. В настоящее время придумано несколько аппаратов для этого с источниками плазмы и ионов.

При этом есть задание разработать технологию контроля качества теплозащитных покрытий ракетно-космических тел. Такое покрытие необходимо для большинства деталей. Сложность в том, чтобы контролировать их толщину, не разрушая, а также проверять качество при изготовлении. Как рассказал Феликс Боровик, разработчики создали метод магнитного контроля, который позволяет одновременно замерять толщину и оценивать наличие внутренних напряжений, которые могут потом привести к появлению трещин. На данный момент разработан макет аппаратуры. Еще одна цель — повысить износостойкость деталей из легких сплавов. Предложено использовать для этого углеродоподобные покрытия.

Существует еще такая проблема как сварка различных частей космических аппаратов. Электродуговая — довольно грубый метод и не для всех элементов подходит. Для таких случаев используют метод трения с перемешиванием, и здесь необходимо четко контролировать сварной шов. Разработчики уже сделали макеты датчиков, которые позволяют регистрировать дефекты. И, как показали испытания, они фиксируют их в 5-6 раз лучше, чем коммерчески доступные диагностические устройства.

Ведущий на­учный сотрудник Ан­тон Кузмицкий и на­учный сотрудник Па­вел Шо­ро­нов в лаборатории физики и плаз­мен­ных ускорителей.

Двигатели науки и спутников

В других институтах также работают над заданиями для союзной программы. Так, в Институте физики имени Б.И. Степанова разрабатывается лазерный микродвигатель с жидким рабочим телом. Уже изготовлены макеты его основных блоков: лазерно-оптического и мишенного. Отличие этой технологии в том, что используется новый принцип образования плазменной струи, которая служит источником тяги, поясняет заведующий лабораторией Института тепло- и массообмена НАН Беларуси Иван КАЗНАЧЕЕВ. Тем временем в Институте порошковой металлургии работают над системами охлаждения и терморегулирования устройств на малых космических аппаратах.

В качестве двигателей для спутников могут быть использованы плазменные ускорители. Над такой разработкой трудится Павел ШОРОНОВ, научный сотрудник лаборатории физики и плазменных ускорителей Института тепло- и массообмена НАН Беларуси. В лаборатории он пояснил, что плазму получают путем электрического разряда и у нее три основных параметра: температура, концентрация и время, в течение которого это состояние может удерживаться. Она взаимодействует с магнитным полем, которое накладывается извне. С помощью него можно такие системы ускорять, придавать им различные формы. В большой системе магнито-плазменного процессора создаются плазменные потоки с очень высокими параметрами температуры (порядка 100 000 градусов), концентрации (около 1019 частиц на см3) и времени существования (примерно 100 мкс). Кроме того, плазма ускоряется: скорость частиц — порядка 200 км/с. Это может быть использовано в качестве рабочего элемента для двигателей, а обработка материалов плазменными потоками продлевает срок службы. В лаборатории научились управлять плазменным потоком с помощью изменений конфигурации электромагнитного поля, что можно использовать для корректировки орбиты спутников. Новшество разработки в том, что, изменяя конфигурацию, ученые управляют собственным магнитным полем потока. В аналогичных устройствах зарубежных институтов используют для этого внешние поля.

Еще одно направление — создание плазменных образований при столкновении потоков. А это уже разработка под управляемый термоядерный синтез. Температура в таких системах еще больше повышается. Магнитное поле создается током, текущим по плазме, и от внешней цепи оторвано. Под управляемый термоядерный синтез сейчас создаются токамаки (установки для магнитного удержания плазмы), как, например, казахстанский, который запустили в прошлом году. Есть договоренность между странами СНГ о проведении на нем совместных исследований.

Над созданием мультиспектрального тепловизора работает Николай СТЕТЮКЕВИЧ, кандидат технических наук, старший научный сотрудник лаборатории радиационно-конвективного теплообмена Института тепло- и массообмена НАН Беларуси. В этом году уже будет испытываться экспериментальный образец устройства. Наглядно в лаборатории показано, как аппарат будет применяться в условиях, близких к «боевым». В качестве излучающей поверхности использована полоска вольфрама. На прототипе Николай Стетюкевич объяснил, что при термообработке металлов и сплавов возникает проблема контроля температуры, поскольку она является ключевым технологическим параметром. Контактным способом измерить ее очень сложно, поэтому нужен высокоточный тепловизор. Самая главная проблема в том, что на поверхности меняется излучательная способность, которая является главным «врагом» измерения температуры такими приборами. Это приводит к тому, что погрешности достигают очень больших величин. Данный прибор позволяет исключить ряд неточностей. По некоторым параметрам погрешность меньше, чем у всех существующих высокотемпературных (порядка 1200—2500 К) тепловизоров. Эти температуры измеряются в процессах термообработки, таких как лазерная резка, закалка, термоупрочнение.

Макет еще одной установки показали в лаборатории высокоточной обработки поверхности. Заведующий лабораторией, кандидат технических наук Андрей ХУДОЛЕЙ пояснил, что для обработки используется жидкость с магнитными частицами. Такую идею в институте придумали еще в 1980-х, поскольку требования к качеству оптики на тот момент очень сильно возросли. Здесь есть ряд преимуществ: поверхность не перегревается, и все лишние частички уносятся потоком. Фактически обработка идет до морфологии материала, до его строения, что также позволяет потом наиболее качественно наносить пленку или другое покрытие. В целом мировое первенство в этой технологии с конца прошлого века принадлежит нашему институту. Сегодня есть только два мировых центра — американский и белорусский, — где могут сделать любую разработку в этой области от нуля до промышленного оборудования.

Макет — это попытка изменить масштабы устройства. На нем тренируются обрабатывать оптические изделия, которые потом пойдут в лазеры, работающие в космосе. Они используются, например, для точного наведения. Существующие в лаборатории устройства позволяют обрабатывать детали диаметром от нескольких десятков сантиметров до 1,5-2 метров (например, для больших телескопических зеркал). Необходим лишь соответствующий станок.

На­учный сотрудник Виктор Шивцов по­ка­зы­ва­ет прототип мультиспектрального тер­мог­ра­фа.

А где итоги?

Всего исследователи института планируют до завершения программы подать 15 заявок на патенты. Однако хоть программа и совместная, до сих пор на уровне законодательства не урегулирован вопрос использования ее результатов, впрочем, как и в других белорусско-российских научных проектах. Суть в том, что передавать разработки и бесплатно ими пользоваться нельзя. Единственный путь — через продажу. Кооперация существует только на коммерческой основе. Что, кажется, не совсем удобно, учитывая, что исследования проводятся в рамках Союзного государства.

Кроме этого, Институт тепло- и массообмена имени А. В. Лыкова сотрудничает с Саудовской Аравией — это основной партнер, — Китаем, Вьетнамом, рядом европейских государств. Есть совместные работы с такими крупными компаниями, как LG (Южная Корея) и Huaweі (Китай). Прежде всего, по системам охлаждения электронных устройств, в том числе смартфонов.

Надежда АНИСОВИЧ

Фото Сергея НИКОНОВИЧА

Название в газете: Спрос на космос

Выбор редакции

Спорт

Яков Зенько: На льду даю волю эмоциям

Яков Зенько: На льду даю волю эмоциям

Он — один из немногих представителей белорусского фигурного катания на международной арене. 

Культура

Что общего между творчеством и «табуреткой»?

Что общего между творчеством и «табуреткой»?

Где можно освоить литературное мастерство? Как становятся писателями? 

Общество

Какие процедуры необходимы, чтобы родить здорового ребенка

Какие процедуры необходимы, чтобы родить здорового ребенка

Прежде всего биохимический скрининг, который выполняется на сроке от 10 с половиной до 13 с половиной недель беременности.