Ученые Томского госуниверситета систем управления и радиоэлектроники работают над двумя новыми защитными покрытиями для космических аппаратов, которые будут противостоять перегреву. На данный момент исследователи смогли повысить их стойкость в 2–4 раза. Ранее в лаборатории радиационного и космического материаловедения ТУСУРа уже разрабатывали терморегулирующие покрытия из силиката и карбоната кальция с наночастицами диоксида церия. Облучение пигментов позволило улучшить качество покрытий в 2–2,5 раза.
В данный момент ТУСУР создает несколько терморегулирующих покрытий для космических аппаратов с использованием нанотехнологий. Исследователи уже увеличили стойкость оптических свойств покрытий к действию ускоренных электронов и солнечного спектра в 2–4 раза и теперь они поддерживают температуру космических аппаратов без затрат энергии.
Исследования проводятся на уникальной установке «Спектр», имитирующей условия космоса. Она позволяет воспроизводить реальные орбитальные условия и регистрировать оптические характеристики без нарушения вакуума. Наночастицы улучшают стойкость материалов к излучениям. В проекте используются полиметилфенилсилоксановый лак и акриловая смола. В первые два года исследователи модифицируют полимеры наночастицами диоксида кремния, что уже увеличило стойкость к солнечному излучению в 1,3–1,9 раза. В 2026 году планируется создать покрытие с модифицированными смолами и классическим пигментом – оксидом цинка.
Эти покрытия могут найти применение не только в космосе, но и в теплоотражающих красках и покрытиях для зданий, снижающих энергопотребление и предотвращающих перегрев поверхностей. Второй проект – разработка нового порошка на основе оксида иттрия с наночастицами диоксида кремния, запланированная на 2025–2026 годы. Этот материал был выбран из-за высокого отражения солнечного света. В этом году исследователи изучат свойства оксида иттрия и модифицируют его наночастицами, а в 2026-м создадут покрытие. Поглощение солнечного излучения у оксида иттрия меньше, чем у оксида цинка, и значительно ниже, чем у диоксида титана. Новые покрытия уже заинтересовали «Центр подготовки космонавтов» Роскосмоса и АО «Композит» – ведущую научно-исследовательскую организацию ракетно-космической промышленности.
Проект направлен на увеличение стойкости полимерных связующих покрытий в принципе и рассчитан на 2024–2027 годы. Один из проектов ученых направлен на улучшение стойкости оптических свойств покрытий к космическому излучению. Другой проект — создание покрытия на основе оксида иттрия с наночастицами диоксида кремния. Иными словами разрабатываемые полимеры найдут применение не только в космосе, но и в создании новых теплоотражающих и теплозащитных красок, эмалей и покрытий. Эти материалы значительно снизят энергопотребление зданий, предотвратят перегрев и износ поверхностей резервуаров и других объектов.
Дело в том, что терморегулирующие покрытия (ТРП) поддерживают нужную температуру без затрат энергии. Их задача — обеспечить комфортные условия для работы приборов, оборудования, биологических объектов и космонавтов. ОНи отражают солнечные лучи и эффективно отводят любое тепл, а состоят из неорганических порошков и органических связующих. Около 75–80% состава — это порошки, а 20–25% — связующие.
Системы энергоснабжения с цифровым управлением для космических аппаратов апробируют в 2027-ом году
В Томске к 2027 году планируют создать первый образец системы энергоснабжения (СЭС) для космического аппарата с цифровым управлением . Проект реализуется в рамках программы «Приоритет-2030» и национального проекта «Космос», направленных на развитие отечественной космической отрасли и передовых технологий. Макетные образцы СЭС уже изготовлены и проходят лабораторные испытания. После успешной проверки планируется наладить производство подобных систем для различных типов космических аппаратов. СЭС — это одна из ключевых бортовых систем, обеспечивающая питание и стабильную работу научной и технической аппаратуры. Она включает первичные и вторичные источники энергии, силовые преобразователи и автоматику управления.
При проектировании учитываются внешние и внутренние факторы, такие как колебания параметров батарей, изменения нагрузки и деградация элементов в процессе эксплуатации. Это позволяет создать надежную и устойчивую систему. Цифровая система управления использует алгоритм мягкого переключения транзисторов, что повышает общий КПД системы. Накопленные решения адаптированы под современные требования к габаритам и энергетическим характеристикам. Особое внимание уделено малым аппаратам, работающим на низких орбитах 300–500 км, где критичен удельно-массовый показатель.
Применение 3-портовых структур преобразователей позволяет обрабатывать энергию от солнечных панелей и аккумуляторов одним устройством, что экономит массу. Эти структуры имеют три порта: в режиме поставщика энергии преобразователь формирует стабильное питание, а в режиме приемника избыточный ток поглощается и возвращается в сеть или накапливается. Данные топологии объединяют функции отслеживания максимальной мощности солнечных батарей и управления зарядом аккумуляторов, упрощая схему питания и сокращая число силовых модулей. Это снижает массу и повышает эффективность энергетического тракта.
Низкие орбиты часто выбираются для малых космических аппаратов из-за доступности выведения и высокой частоты пролетов над целевыми районами. Однако аэродинамическое торможение требует строгих ограничений по массе и энергобалансу, что усиливает требования к архитектуре и алгоритмам управления СЭС.
ТУСУР разрабатывает зарядное устройство для шахтного электромобиля
В Томском государственном университете систем управления и радиоэлектроники ведутся работы над созданием интеллектуального зарядного устройства для электромобилей, которые будут использоваться в шахтах. Проект получил грантовую поддержку Российского научного фонда в рамках национального проекта «Промышленное обеспечение транспортной мобильности».
Для того чтобы обеспечить безопасность зарядного устройства, в него будет внедрена система интеллектуального мониторинга, которая позволит отслеживать состояние механизма. Ученые планируют представить экспериментальный образец через два года. Кроме того, специалисты ТУСУР работают над проектом по исследованию и разработке взрывобезопасной беспроводной системы заряда аккумуляторных батарей для шахтного электромобиля. Подчеркивается, что подобные устройства пока не создавались в России и не имеют аналогов.
Материалы подготовил Николай АЛЕКСЕЕВ
По материалам пресс-служб вузов
Фото с сайтов вузов или сгенерированы ИИ