В Росатоме разработали уникальное углеволокно для космических аппаратов будущего
Специалисты Росатома представили уникальное углеволокно для космической отрасли. Материал отличается лёгкостью и малым удельным весом, но при этом обладает высокой теплопроводностью и практически не расширяется при нагревании. Это открывает новые возможности для создания элементов конструкции космических аппаратов будущего.
Разработку представили специалисты Химико-технологического кластера Росатома. Инновационный материал, не имеющий аналогов в России, состоит из тончайших нитей углерода толщиной 5-10 микрон (тоньше человеческого волоса). Кроме обычной легкости и прочности, свойственных углеродным волокнам, его главные преимущества — в высокой теплопроводности и практически нулевом коэффициенте термического расширения. Это делает его идеальным для изготовления таких элементов космических аппаратов, как радиаторы, антенны и крупногабаритные элементы конструкции. При меньшей плотности, чем у алюминия, углеродное волокно в разы превосходит металл по удельной прочности, не подвержено коррозии, а его теплопроводность сопоставима с медью, что делает его идеальным решением для космической техники.
Сырьём для производства волокна служат изотропные и мезофазные пеки — продукты переработки нефтяных остатков и каменного угля. В процессе производства используется сложная технология, включающая многоступенчатую очистку и специфическую обработку сырья. В результате получаются волокна, по свойствам близкие к монокристаллам графита.
Мезофазный пек — сложная смесь полициклических ароматических углеводородов, которая образуется при коксовании (нагреве без доступа воздуха) каменного угля. Молекулы в составе смеси упорядочиваются при увеличении температуры до 300–500°C и повышенном давлении. В результате образуется промежуточная, жидкокристаллическая фаза (или мезофаза), в которой возникают структуры, формирующие углеволокно.
В космонавтике углеволокно особенно ценится за прочность и жёсткость, устойчивость к экстремальным условиям и лёгкость. Алюминиевые конструкции при нагреве и охлаждении увеличиваются в размерах или, наоборот, сжимаются, и могут деформироваться. Углепластик сохраняет свою форму. Это критически важно для крупногабаритных конструкций — антенн, солнечных батарей и элементов орбитальных станций. Поскольку разработанный материал отличается еще и высокой теплопроводностью, он будет востребован и при создании крупногабаритных рефлекторов для спутниковых систем, солнечных парусов, элементов корпусов и холодильников-излучателей орбитальных комплексов, радиоантенн и телескопов для исследования Солнечной системы. Особую ценность представляет его использование в системах теплоотвода на основе углерод-углеродных композитов с высоким коэффициентом теплопроводности.
В перспективе новая технология может найти применение не только в космосе, но и в других высокотехнологичных отраслях, где эти свойства материала будут востребованы. Например, использовать ее можно для производства лопастей ветрогенераторов, компонентов водородной инфраструктуры, лазерных систем. Материалы пригодятся и для создания электроники, где композиты могут одновременно быть несущими деталями и тепловым радиатором.
Ранее в Росатоме заявили о планах по созданию материалов повышенной прочности и температурной стойкости для космической отрасли к середине 2030-х годов. Использовать их можно будет в высокотемпературных газоохлаждаемых реакторах и ядерных энергетических установках космического назначения.
Самое популярное
