Ученые из Дальневосточного федерального университета (ДВФУ) в сотрудничестве с исследователями из Сахалинского государственного университета (СахГУ), Томского политехнического университета (ТПУ) и Института химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева КНЦ РАН разработали новый композитный материал, предназначенный для защиты космонавтов и оборудования от воздействия космической радиации. О результатах исследований, демонстрирующих выдающиеся характеристики материала, сообщается в статье, опубликованной в международном научном журнале Materials Characterization.
Для освоения дальнего космоса и осуществления протяженных межпланетных экспедиций необходимо преодолеть ряд серьезных технологических ограничений. Значительной проблемой остается обеспечение защиты космонавтов от космического излучения и «солнечного ветра» – потоков высокоэнергетических частиц, представляющих угрозу для здоровья человека и функционирования электронных систем.
«Космическое излучение, представляющее собой поток частиц с высокой энергией (протонов, ядер гелия, тяжелых заряженных частиц) и фотонного излучения (нейтрино, гамма-квантов), вызывает ионизацию материала космического корабля, что приводит к появлению вторичного излучения внутри его конструкции. Для комплексной защиты от излучения частиц высокой энергии можно использовать ″легкие″ материалы рассеяния с высоким содержанием водорода, а для ослабления и поглощения фотонного излучения — тяжелые металлы или композиты на их основе» , — отметил академик РАН, профессор Дальневосточного федерального университета Иван Тананаев.
Разработка материала, сочетающего высокую эффективность и экономическую доступность для широкого использования в космической индустрии, стала приоритетной задачей для начинающих исследователей.
«В NASA, к примеру, ведут разработки материала, основанного на нанотрубках нитрида бора (BNNTs). Однако его создание сопряжено со значительными затратами — стоимость может достигать тысячи долларов за грамм. Наша цель — создать композиционный материал, демонстрирующий сопоставимые или превосходящие защитные характеристики, но в 100-200 раз более доступный по цене. Мы предлагаем керамо-металлические композиты на основе системы LaB6-Al-Mg, получаемые с использованием современной технологии электроимпульсного плазменного спекания» , — сообщил Олег Шичалин, руководитель исследования, кандидат наук, сотрудник лаборатории ядерных технологий Института термоядерных процессов им. П.Г. Лебедева ДВФУ и заведующий лабораторией СахГУ.
В представленной статье продемонстрировано, что повышение содержания металлической фазы (алюминий-магний) до 90% позволяет получить композит с однородной структурой и равномерным распределением частиц гексаборида лантана (LaB6). Полученный материал характеризуется высокой плотностью и стабильностью, поскольку в его составе формируется двухфазная система, состоящая из LaB6 и интерметаллида Mg2Al3, без образования нежелательных химических соединений.
Основное достоинство материала — высокая способность к поглощению протонов. Наиболее эффективная защита от тепловых нейтронов была достигнута при использовании состава с 50% содержанием LaB6. Для этого состава отмечены максимальный коэффициент ослабления излучения и минимальная толщина слоя, необходимого для уменьшения интенсивности излучения вдвое, – всего 2.02 мм. Это свидетельствует о том, что даже небольшая толщина материала способна надежно защищать металлы от вредного воздействия излучения.
Значительным практическим достоинством является возможность обработки композитного материала с использованием стандартных инструментов, благодаря чему появляется возможность создания сложных элементов для космических аппаратов.
Работа выполняется в соответствии со стратегическими задачами, определяющими развитие российской космической науки и техники, в частности, для реализации длительных пилотируемых полетов, включая проекты по исследованию окололунного пространства. Разработка доступных и действенных материалов для защиты от радиации – важнейший этап на пути к межпланетным экспедициям.
Ранее ученые ДВФУ разработали метод получения высокопрочных материалов для строительства баз на Луне, а также способ защиты лунных баз от космической радиации. В их создании применяются вулканические породы Приморья и Камчатки, схожие по химическому и минеральному составам с лунными. Комбинирование местных ресурсов, передовых технологий спекания и радиационной защиты делает возможным создание надежных укрытий для будущих колонистов, приближая эру освоения космического пространства за пределами Земли.
Сообщение поступило из пресс-службы Дальневосточного федерального университета