В Томском государственном университете систем управления и радиоэлектроники разработали высокостабильное терморегулирующее покрытие для космических аппаратов. Оно защищает спутники от перегрева и позволяет им дольше работать на орбите. Его создали на основе пигмента Zn2SiO4 (силиката цинка) и калиевого жидкого стекла (K2SiO3).
Лабораторные исследования подтвердили высокие характеристики: покрытие поглощает лишь около 7% солнечной энергии, а коэффициент излучения — порядка 90%. Это значит, что аппарат почти не нагревается от Солнца и хорошо отдает тепло в космос — поэтому не перегревается.
В космосе температура на аппарате поддерживается с помощью специальных покрытий. Пока защитный слой цел, она держится на рабочем уровне — 20°C. Но со временем покрытия разрушаются под действием радиации — аппарат начинает сильнее нагреваться, оборудование работает хуже и может выходить из строя.
«В начале космической эры спутники летали 1–2 года. Сейчас срок службы необитаемых космических аппаратов может достигать 15–20 лет. Для дальнейшего увеличения сроков активного существования нужны качественно новые покрытия, которые будут поддерживать температуру на заданном уровне и обеспечивать работу всех приборов в течение длительных сроков», — рассказал заведующий лабораторией радиационного и космического материаловедения ТУСУРа Михаил Михайлов.
В основе нового покрытия — пигмент, разработанный в лаборатории радиационного и космического материаловедения университета в 2015 году. Ученые использовали две молекулы, которые традиционно применяются для покрытий космических аппаратов: оксид цинка, который «летает» с первых дней освоения космоса, и диоксид кремния, который раньше наносился поверх основного покрытия.
«Мы соединили эти две молекулы в единую высокостабильную структуру, что позволило добиться кратного уменьшения интегрального коэффициента поглощения солнечного излучения по сравнению с традиционными покрытиями. В лабораторных испытаниях мы получили значение 0,077, что в 2–2,5 раза меньше известных аналогов. Кроме малого коэффициента поглощения, важный показатель — высокая стойкость к действию излучений космического пространства. Вместо порошка с зернами микронного размера при синтезе использовали нанопорошок SiO2 — это повысило стойкость покрытия к свету и радиации», — отметил Михаил Михайлов.
Одна из задач, над которой работал коллектив, была связана с низкой адгезией — плохим сцеплением покрытия с поверхностью. Ученые разработали технологию нанесения, которая решает эту проблему. Перед нанесением жидкостекольной композиции на алюминиевую подложку требуется предварительная подготовка поверхности и нанесение тонкого слоя жидкого стекла (праймера). Это позволяет значительно снизить риск отслаивания покрытия в экстремальных условиях — при перепадах температур, действии излучений, вакуума и вибраций при запуске. Также была определена оптимальная толщина покрытия: от 80 до 120 мкм.
В 2027 году ученые планируют разработать на основе пигмента Zn2SiO4 полимерное покрытие. В 2028 году оба вида покрытий будут готовы к внедрению на предприятиях космической отрасли.
Работа выполнена в рамках программы Минобрнауки России «Приоритет-2030» (нацпроект «Молодежь и дети»).
