ОХРАНА САПФИРОВЫХ САТЕЛЛИТОВ: НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ЗАЩИТЫ В КОСМОСЕ
Сатурны на низкой околоземной орбите часто сталкиваются с крайне агрессивной средой, чреватой коррозией и сопротивлением. Эта статья исследует, как ученые из Университета Техаса в Далласе разрабатывают новые защитные покрытия, способные значительно увеличить срок службы спутников в космосе.
НАСИЛИЕ ОКРЕСТНОСТИ НИЗКИХ ОРБИТ
На первый взгляд, космическое пространство может показаться пустым, но для тысяч спутников, вращающихся вокруг Земли на высотах между 95 и 1900 км, это «пустое» место стало настоящим испытанием. Каждую секунду эти аппараты подвергаются воздействию высокореакционных кислородных атомов, вызывающих коррозию их поверхностей. Также столкновения с молекулами атмосферы создают сопротивление, что в конечном итоге приводит к падению спутников обратно в атмосферу. В среднем, большинство спутников функционируют не более пяти лет, прежде чем агрессивная окружающая среда разрушит их.
АГРЕССИВНЫЙ ВРАГ: АТОМАРНЫЙ КИСЛОРОД
Основным фактором, наносящим вред космическим аппаратам на низкой орбите, является атомарный кислород. Ультрафиолетовое излучение от солнца расщепляет молекулы кислорода в тонкой верхней атмосфере на отдельные атомы. Эти одиночные атомы значительно более реакционноспособны, чем стабильные молекулы O₂, на которых мы дышим. При столкновении с поверхностями спутников они связываются с ними, вызывая окисление. Другими словами, спутники подвергаются «ржавлению» в космосе.
В дополнение к проблеме коррозии перед спутниками стоит еще одна угроза — аэродинамическое сопротивление. Каждое столкновение с атмосферными частицами уменьшает скорость спутника, что, в конечном итоге, приводит к снижению его орбиты. Это двойная угроза, с которой инженеры работают, стремясь создать материалы, способные противостоять как химической эрозии, так и физическим воздействиям.
Новые решения от ученых из Университета Техаса
Группа ученых под руководством материаловеда Рафика Аддоу предпринимает активные шаги для решения этой проблемы, позаимствовав технологии из других отраслей. Один из методов, применяемых в их разработках, это атомарное слойное осаждение (ALD) — технология, изначально разработанная для производства микроэлектроники. Этот процесс позволяет создавать защитные покрытия слой за слоем, что обеспечивает исключительный контроль над структурой и свойствами материала, критически важно для создания устойчивых поверхностей в условиях космоса.
Второй метод, который используют исследователи, называется сол-гель обработка. Этот процесс позволяет создавать твердые материалы из жидких растворов, и он часто применяется для производства оптических покрытий, например, антибактериальных слоев на очках. Это дает возможность инженерам разрабатывать достаточно гладкие поверхности, чтобы минимизировать аэродинамическое сопротивление, при этом сохраняя защитные свойства. Комбинируя эти подходы, команда создала покрытие, которое, согласно независимым испытаниям, выдерживает условия атомарного кислорода даже более жесткие, чем те, что встречаются в космосе.
ПЕРСПЕКТИВЫ ДЛЯ НИЗКИХ ОРБИТ
Аддоу и его коллеги надеются, что их работа откроет новые возможности для работы спутников в очень низкой околоземной орбите, где условия значительно harsher из-за более высоких концентраций атомарного кислорода и азота. Эта зона предлагает преимущества для некоторых приложений, но оставалась в значительной степени нерентабельной из-за быстрого разрушения материалов. Если проект будет успешным, новые защитные покрытия сделают возможным использование спутников в этой сложной, но потенциально ценной орбитальной области.
Таким образом, разработка новых защитных технологий станет важным шагом вперед в области космических исследований и позволит значительно увеличить срок службы космических аппаратов.
