Российские ученые разработали защитное покрытие для космических аппаратов
Специалисты университета МИСИС предложили способ решить проблему воздействия частиц космического мусора и микрометеороидов на космические аппараты. Для этого они создали уникальное защитное покрытие, которое в 1,5–5 раз устойчивее к внешним ударам, чем те материалы, которые применяют для этих целей сегодня. В составе износостойкого покрытия используется тантал, кремний и азот, что наделяет его высоким коэффициентом пропускания до 80-90%.
При столкновении того или иного аппарата с микрометеороидами или космическим мусором страдают, прежде всего, фотоэлектрические преобразователи (ФЭП) его солнечных батарей. В настоящее время для защиты этих хрупких элементов используются тонкие стекла, однако их применение ограничено: с одной стороны, они обладают низкой прочностью, с другой — заметно утяжеляют сами солнечные батареи.
На этом фоне ученые МИСИС предложили уберечь ФЭП, иллюминаторы, солнечные коллекторы и другие оптические устройства от разрушающего воздействия микрометеоритов с помощью покрытия Ta-Si-N. Новый материал был получен в вакууме по технологии магнетронного распыления: при ней электроны сталкиваются с атомами рабочего газа, в результате чего над поверхностью катода образуется плазма. После этого положительные ионы аргона (Ar+) ускоряются в направлении катода, бомбардируют его поверхность и выбивают атомы, которые затем осаждаются на изделии.
«Специфические оптические характеристики получаются за счет гибкого управления параметрами осаждения покрытий, в том числе парциального давления реакционного газа. Атомы азота вступают в реакцию с танталом и кремнием, образуя износостойкий оптически прозрачный слой, обладающий аморфной структурой», — объяснила младший научный сотрудник лаборатории «In situ диагностика структурных превращений» НУЦ СВС Университета МИСИС Алина Сытченко.
Покрытия в системе Ta-Si-N отличаются высоким оптическим коэффициентом пропускания, термической стабильностью до 1200°С, стойкостью к окислению и показателем преломления в диапазоне 2.0-2.5. За счет своих показателей износостойкий материал позволит увеличить срок службы и эксплуатационные характеристики фотоэлектрических преобразователей солнечных батарей, деталей оптических устройств и компонентов лазерной техники. Результаты исследования опубликованы в международном научном журнале Surfaces and Interfaces (Q1) и поддержаны грантом Российского научного фонда.
«Покрытия в системе Ta-Si-N превосходят известные оптические полупроводниковые оксидные покрытия по скорости роста в 2-7 раз и по стойкости к воздействию абразивных частиц в 1,5-5 раз», — подчеркнул профессор кафедры порошковой металлургии и функциональных покрытий НИТУ МИСИС Филипп Кирюханцев-Корнеев.
Впрочем, команда исследователей не собирается останавливаться на достигнутом. Сейчас она активно пытается улучшить свойства покрытий и технологии их осаждения. Авторы работы выразили надежду, что их наработки сыграют немалую роль в развитии отрасли бескислородных оптических покрытий.
