Российское образование мирового класса!

Цель Проекта 5-100 – максимизация конкурентной позиции группы ведущих российских университетов на глобальном рынке образовательных услуг и исследовательских программ.

НОВОСТИ


Новые разработки для аэрокосмической отрасли в университетах Проекта 5-100

30 апреля 2021 года

Подходит к концу апрель – месяц, посвященный освоению космоса в Год науки и технологий, и мы подготовили для вас третью часть обзора исследований, которые проводятся в университетах Проекта 5-100 на эту тему. Сегодня в фокусе нашего внимания – материалы для аэрокосмической отрасли.

25 марта 2021 года в Томском государственном университете прошло рабочее совещание Национальной технологической инициативы «Аэронет».

«Аэронет» – это глобальный сетевой рынок информационных, логистических и иных услуг, предоставляемых флотом постоянно находящихся в воздухе и на низких орбитах беспилотных воздушных судов и малых космических аппаратов, координируемых с помощью информационных технологий.

На встрече представители ведущих университетов РФ, НИИ Российской академии наук и организаций реального сектора экономики обсуждали уникальные материаловедческие решения для космического машиностроения, улучшенный состав ракетного топлива и особенности твердотопливных ракетных двигателей и моделирования сопел ракет.

Но главным вопросом на повестке было создание в России сверхлегкой ракеты, предназначенной для доставки на орбиту Земли многоспутниковых группировок (для связи, вещания, интернета вещей) и их обслуживания.

ТГУ_аэронет.jpg

Ученые ТГУ и ИФПМ СО РАН при поддержке индустриального партнера АО «ФНПЦ «Алтай» предложили новый способ 3D-принтинга элементов для твердотопливных двигателей тугоплавкими металлами, металлокерамикой и высокоэнергетическими материалами – ранее печать этими материалами была невозможна.

Также ученые физико-технического факультета ТГУ синтезируют уникальный по составу высокоэнтропийный сплав системы Hf-C-N-Me-B, обладающий термостойкостью свыше 4200 °С, что необходимо для реактивных двигателей, передней части ракет и крыльев, ведь на них приходятся основные тепловые перегрузки.

«Компетенции ТГУ по направлениям “Аэронет” есть в сфере моделирования течений в соплах ракет, трансформируемых антенн для космических аппаратов, а также по направлению двигателя твердого топлива. Так, в ближайшие четыре года мы реализуем аддитивную технологию производства высокоэнергетических материалов сложной конфигурации», – отметил проректор ТГУ по научной и инновационной деятельности Александр Ворожцов.

В результате совещания были составлены предложения для Роскосмоса по проведению интегрированных комплексных НИР и НИОКР научно-образовательными организациями и промышленными предприятиями.

В МИСиС уже давно успешно применяют и даже улучшают 3D-печать высокотехнологичных деталей для авиационной и космической промышленности. За счет добавления к алюминиевому порошку наноуглеродной добавки, полученной из продуктов переработки попутного нефтяного газа, удалось повысить прочность композитов в полтора раза.

мисис_печать.jpg

Как рассказал заведующий лабораторией MISIS Catalis Lab, профессор, д. т. н. Александр Громов: «Улучшить свойства порошка для печати позволяет изменение его химического и фазового состава путем внедрения в основную матрицу дополнительных компонентов. В частности, углеродные нановолокна имеют высокую теплопроводность, которая помогает минимизировать температурные градиенты между печатными слоями в процессе синтеза изделий, на стадии селективного лазерного плавления. Благодаря этому микроструктуру материала практически полностью можно избавить от неоднородностей».

Сотрудники Самарского университета имени Королева, в силу специфики университета, регулярно проводят уникальные исследования и создают прорывные технологии для аэрокосмической отрасли.

Совсем недавно они, например, получили подтверждение своей гипотезы о том, что космические солнечные батареи из пористого кремния могут стать более дешевой (в пять раз!) и экологичной заменой для панелей из дорогого и токсичного германия.

сама.png

Спутник «Аист-2Д» для дистанционного зондирования Земли вывела на орбиту ракета-носитель «Союз-2.1а» в 2016 году (в разработке и спутника, и ракеты принимали участие ученые из Самарского университета). На борту были как традиционные, так и инновационные солнечные панели из кремния. И последние были на высоте в прямом и переносном смысле. После пяти лет на орбите полезные свойства кремния будут изучать на наземной станции «Памир» в Таджикистане. Ученые доказали, что использовать свойства пористого кремния можно в космосе, теперь на очереди испытания по внедрению и улучшению солнечных панелей из этого материала на Земле – в электромобилях, беспилотниках и даже в обычных зарядных устройствах для гаджетов.

84b0f1502f421c0f88f881b5d4cefa35.jpg

Предстартовый вывоз ракеты «Союз-2.1а» на стартовую площадку космодрома Восточный. Фото: РИА Новости/Игорь Агеенко

Как вы понимаете, солнечные панели обеспечивают электричеством всю технику на космических аппаратах, количество и мощности которой постоянно растут.

Ученые Сибирского федерального университета разработали уникальную систему интеллектуальных контроллеров для управления режимами заряда и разряда бортовых аккумуляторов, сглаживания перепадов напряжения после резких скачков тока и сбора информации для предотвращения сбоев.

При этом КПД модулей составляет до 98% при стабильном электропитании всей бортовой аппаратуры. Система состоит из независимых микропроцессоров, что позволяет наращивать энергообеспечение космического аппарата по мере необходимости и обеспечивать высокую живучесть. При выходе из строя одного модуля все остальные продолжают функционировать, а энерговооруженность лишь незначительно снижается.

Помимо космической техники, такие контроллеры могут применяться и в любых автономных системах от сотовых телефонов до электромобилей.

Кроме того, специалисты Института космических и информационных технологий СФУ усовершенствовали чипы для систем связи и навигации, повысив их радиационную стойкость. В основе функционирования чипов – оригинальные алгоритмы обработки сигналов, позволяющие значительно улучшить технические и эксплуатационные характеристики космической аппаратуры.

Над созданием материалов, устойчивых к воздействию радиации, работают и ученые Университета ИТМО. Недавно они предложили новый полупроводниковый материал на основе оксидов галлия и алюминия для создания силовой электроники, которую можно устанавливать на орбитальные аппараты.

итмо_космос.jpg

Как объясняет профессор факультета лазерной фотоники и оптоэлектроники Университета ИТМО Дмитрий Бауман: «На Земле мы защищены нашей атмосферой, которая поглощает или отражает большую часть воздействий, приходящих из космоса. Но как только мы выходим за пределы атмосферы, все попадает непосредственно в нас. Если мы будем бомбардировать электронный прибор ионами с высокой энергией, то произойдет ионизация материала, в нем появятся паразитные заряды, которые будут влиять на работу устройства. Возможно, даже приведут к его разрушению. Второй вредный фактор, который мы встречаем в космосе, – это жесткое электромагнитное излучение, способное проникать сквозь самые разные защиты и вредить электронике».

В результате экспериментов сотрудники Университета ИТМО получили твердый раствор двойного материала (AlxGa1-x)2O3, который по сравнению с чистым оксидом галлия (Ga2O3) обладает повышенной подвижностью электронов и увеличенным фототоком, что существенно улучшает характеристики прибора. Разработчики не исключают, что новый полупроводник можно будет использовать и в земных приборах, которые функционируют в условиях повышенного радиационного фона.

В любом космическом аппарате множество приборов: для изменения угла наклона солнечных батарей, контроля орбиты, создания снимков, передачи и получения сообщений и др. Ученые прикладывают большие усилия и постоянно находятся в поиске решений для защиты электроники от солнечной радиации и снижения веса аппаратуры. Но, как мы поняли, их разработки могут принести пользу не только в космосе, но и на Земле.