Ученые из Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР) придумывают и создают специальные покрытия для космических аппаратов. Эти покрытия управляют температурой, и в их основе лежат нанотехнологии. Исследования идут полным ходом, и уже есть серьезный прорыв: новые материалы стали в 2-4 раза устойчивее к суровым космическим условиям, таким как потоки электронов и мощное солнечное излучение. Эта работа полностью соответствует целям национального проекта «Космос».

Сейчас в лаборатории кипит работа над двумя крупными проектами, которые финансирует Российский научный фонд (РНФ).

• Первый проект рассчитан на 2024-2027 годы. Его суть — повысить стойкость полимерных лаков и смол, которые используются в космосе, к радиации и свету, с помощью наночастиц.
• Второй проект будет идти с 2025 по 2026 год. Ученые исследуют совершенно новый тип керамического покрытия для пассивного терморегулирования спутников.

Мы улучшаем уже известные покрытия и создаем совершенно новые, — объясняет научный сотрудник лаборатории и руководитель первого проекта Владимир Горончко. — Главная задача таких материалов — поддерживать температуру космического аппарата в нужном диапазоне, используя только физические свойства самих материалов, без дополнительных затрат энергии. Это критически важно для работы всего оборудования, приборов и даже для комфортной жизни космонавтов. Чтобы аппарат не перегревался, покрытие должно хорошо отражать солнечные лучи и при этом эффективно отводить лишнее тепло в открытый космос.

Ученый рассказывает, что обычно такие покрытия на 75-80% состоят из неорганических порошков-пигментов и на 20-25% — из органического связующего, как клей. Его проект как раз сосредоточен на том, чтобы сделать это полимерное связующее более прочным и устойчивым к атаке электронов и солнечных лучей.

Один из самых эффективных способов укрепить материал — добавить в него наночастицы, — говорит Владимир Горончко. — В нашем проекте мы работаем с двумя типами «космического клея»: полиметилфенилсилоксановым лаком и акриловой смолой. Сначала мы „замешиваем“ в них наночастицы диоксида кремния, потом облучаем, имитируя космические условия, и смотрим, как меняются их свойства. Уже сейчас мы добились того, что стойкость оптических свойств к электронам и солнечному излучению выросла в 1,3-1,9 раза.

В 2026 году исследователи перейдут к следующему этапу: они изготовят само покрытие на основе улучшенных смол и классического пигмента — оксида цинка. Особую ценность их работе придает уникальная установка «Спектр», аналогов которой в России нет. Она создает условия, максимально близкие к реальному космосу, и позволяет ученым следить за поведением материалов, не нарушая вакуума.

Владимир отмечает, что их наработки пригодятся не только в космосе. Новые полимеры можно будет использовать в специальных красках и покрытиях для зданий. Такие краски будут отражать тепло и свет, что позволит значительно снизить расходы на кондиционирование и защитить от перегрева различные резервуары и конструкции.

Второй проект лаборатории посвящен созданию терморегулирующего покрытия на основе микропорошка оксида иттрия, в который тоже добавлены наночастицы диоксида кремния.

С 2021 по 2024 год мы уже выполняли большой проект для РНФ, где изучали, как наночастицы меняют свойства разных оксидных порошков, — включился в разговор руководитель второго проекта Семен Юрьев. — Среди прочих мы работали с нанопорошком оксида иттрия. У него оказалась очень высокая отражательная способность, и результаты вышли интересными. Поэтому мы и решили подать новую заявку, где основой покрытия стал именно микропорошок оксида иттрия. В первый год мы изучим его исходные свойства и модифицируем наночастицами, а во второй — создадим само покрытие.

Предварительные данные обнадеживают: оксид иттрия с добавками диоксида кремния показывает себя лучше, чем традиционные пигменты, которые используют десятилетиями, — диоксид титана и оксид цинка.

Оксид иттрия поглощает солнечное излучение почти в два раза меньше, чем оксид цинка, — поясняет ученый. — А если сравнивать с порошками диоксида титана, то разница может быть и в три-четыре раза.

Руководитель лаборатории Михаил Михайлович Михайлов добавляет, что на новые пигменты уже обратили внимание в АО «Композит» и в „Центре подготовки космонавтов“„Роскосмоса“.

Наши исследования интересны не только в России, но и за рубежом, — говорит Михайлов. — Поэтому наши статьи охотно публикуют в международных научных журналах. Только за прошлый, 2024 год, мы опубликовали 18 статей в авторитетных изданиях, которые индексируются в Web of Science и Scopus. А за последние пять лет — 56 статей. Для нашей небольшой команды из пяти человек это прекрасный результат.