В России разработали покрытие для спутников, поглощающее в 2–2,5 раза меньше солнечной энергии
Российские учёные создали новое керамическое покрытие для космических аппаратов, способное отражать более 92% падающего солнечного излучения. Разработка специалистов Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР) прошла лабораторные испытания и показала коэффициент поглощения солнечной энергии в 2–2,5 раза ниже, чем у традиционных материалов. Покрытие предназначено для защиты спутников от перегрева и увеличения срока работы оборудования на орбите.
Новый материал разработали в лаборатории радиационного и космического материаловедения ТУСУРа под руководством Михаила Михайлова. Основой покрытия стал силикат цинка, а в качестве связующего используется калиевое жидкое стекло.
По результатам измерений коэффициент поглощения солнечного излучения составил 0,077. Это означает, что материал поглощает около 7,7% падающей солнечной энергии, отражая большую её часть. Одновременно коэффициент теплового излучения достигает примерно 0,9, благодаря чему покрытие способно эффективно отдавать в космос тепло, выделяемое работающим оборудованием спутника.
В открытом космосе поддержание необходимой температуры представляет серьёзную инженерную задачу. Под действием солнечного излучения внешние поверхности аппарата нагреваются, а электронные приборы выделяют дополнительное тепло. Для его отвода используются специальные радиаторы и терморегулирующие покрытия, которые отражают солнечный свет и излучают накопленное тепло в инфракрасном диапазоне.
Однако со временем космическая радиация повреждает структуру таких материалов. Возникающие дефекты могут приводить к потемнению поверхности, увеличению поглощения солнечной энергии и нарушению температурного режима. Это повышает риск перегрева и преждевременного выхода бортового оборудования из строя.
Для решения проблемы томские исследователи использовали пигмент на основе силиката цинка, впервые разработанный в лаборатории ещё в 2015 году. При его получении применили нанопорошок диоксида кремния вместо частиц микрометрового размера. По данным разработчиков, такой подход позволил повысить устойчивость материала к световому и ионизирующему излучению.
Отдельной задачей стало обеспечение прочного сцепления покрытия с корпусом космического аппарата. Учёные разработали технологию предварительной обработки алюминиевой поверхности, на которую сначала наносят тонкий слой жидкого стекла, а затем основной керамический состав. Это должно уменьшить риск отслаивания материала при перепадах температур, воздействии вакуума и вибрациях во время запуска.
Оптимальная толщина покрытия составляет от 80 до 120 микрометров. Такой слой позволяет обеспечить необходимые оптические и тепловые свойства без существенного увеличения массы конструкции.
Разработчики рассчитывают, что применение покрытия позволит улучшить температурный режим спутников и повысить долговечность их оборудования. Особенно важна стабильность его характеристик при продолжительном воздействии космического излучения, поскольку современные аппараты могут работать на орбите 15–20 лет.
В 2027 году учёные ТУСУРа намерены создать ещё одну разновидность покрытия на основе силиката цинка, но уже с полимерным связующим. Подготовить оба материала к возможному внедрению на предприятиях космической отрасли планируется в 2028 году.