В Москве придумали, как защитить электронику спутников от радиации

МОСКВА, 28 мая — РИА Новости.

Российские ученые из НИУ МИЭТ создали новое облегчённое защитное покрытие для электроники спутников, которое помогает эффективнее противостоять космической радиации. Разработка особенно актуальна для малых спутников, работающих на низких орбитах, где воздействие излучения и перепады температуры могут существенно сокращать срок их службы. По оценке авторов, применение такого решения позволит примерно вдвое увеличить время работы малых спутников связи. Результаты исследования опубликованы в журнале «Моделирование систем и процессов».

Сегодня для защиты микроспутников от радиации и перегрева обычно применяются толстые экраны и массивные защитные слои. Их можно сравнить с тяжёлой средневековой бронёй: она действительно обеспечивает прикрытие, но одновременно значительно утяжеляет аппарат. Для космической техники подобный подход особенно проблематичен, поскольку каждый лишний грамм, отправленный на орбиту, уменьшает полезную нагрузку спутника и снижает общую эффективность миссии. Именно поэтому для небольших орбитальных аппаратов требуется не просто прочная, а максимально лёгкая и технологичная защита.

Как пояснил один из авторов работы, начальник НИЛ «Микросборка нано- и микросистемной техники» центра коллективного пользования «Микросистемная техника и электронная компонентная база» НИУ МИЭТ Евгений Гусев, разработка ориентирована на то, чтобы сохранить баланс между защитными свойствами и массой конструкции. В отличие от традиционных тяжёлых решений, новое покрытие рассчитано на снижение радиационного воздействия без существенного увеличения веса аппарата. Это особенно важно для малых спутников связи, где ресурсы по массе, энергопотреблению и компоновке крайне ограничены.

Подобные технологии могут сыграть заметную роль в развитии малой космической техники, поскольку именно микроспутники всё чаще используются для связи, мониторинга и научных задач. Увеличение срока их службы в два раза означает не только повышение надёжности, но и снижение затрат на замену и запуск новых аппаратов. Таким образом, разработка НИУ МИЭТ может стать важным шагом к созданию более долговечных, лёгких и эффективных спутниковых систем для работы на низких орбитах.

Современные беспилотные низкоорбитальные спутники связи особенно уязвимы перед воздействием солнечной радиации, поскольку их компактная конструкция ограничивает возможности применения традиционных тяжелых защитных материалов. В связи с этим исследователи предлагают отказаться от идеи массивной внешней «брони» и перейти к более гибкому подходу — создавать для миниатюрных аппаратов индивидуальную многослойную защиту, напоминающую «бронежилет». Такой вариант позволяет точнее учитывать особенности конструкции спутника и подбирать экранирование в зависимости от размеров и характеристик каждой электронной интегральной схемы, используемой на борту.

Как пояснил Гусев, именно такой принцип дает возможность обеспечить более рациональную защиту без значительного увеличения массы устройства. Это особенно важно для малых спутников, где каждый грамм имеет значение, а дополнительные нагрузки могут повлиять на срок службы, энергопотребление и устойчивость к внешним факторам. Кроме того, локализованная защита отдельных элементов помогает повысить надежность работы всей спутниковой системы в условиях космического излучения.

Ученые НИУ МИЭТ установили, что создать легкую защитную оболочку для малых спутников связи можно на основе комбинации нескольких слоев материалов с различными физико-химическими свойствами. При подборе слоев специалисты учитывали не только химический состав веществ, но и их способность по-разному нагреваться при взаимодействии с космическими лучами. Благодаря этому удается сформировать многослойную структуру, которая эффективнее рассеивает и ослабляет радиационное воздействие, оставаясь при этом достаточно легкой и компактной для использования в малогабаритных космических аппаратах.

Ученые уделили особое внимание тому, как многослойная защитная оболочка ведет себя при резких перепадах температуры и длительном нагреве. В таких условиях особенно важно не только уберечь устройство от внешних воздействий, но и сохранить прочность самой конструкции. Именно поэтому исследователи заранее просчитали, какие материалы и в каких сочетаниях лучше использовать, чтобы оболочка оставалась надежной в космосе и не теряла форму.

"При нагреве каждый слой расширяется по-своему, как будто один слой хочет растянуться сильнее, а другой — слабее. Из-за этого внутри "бронежилета" появляются напряжения, и он деформируется. Мы рассчитали, какие слои и толщины выбрать, чтобы оболочка защищала устройство и при этом сама не трескалась и не изгибалась. В итоге это позволит спутникам прослужить дольше", — пояснил ученый.

По словам Гусева, если не делать защиту "тяжелой броней", а вместо этого грамотно подобрать материалы — например, добавить слой молибдена, увеличить толщину вольфрама и молибдена, а титан сделать тоньше, — то она меньше "тянет сама себя" при нагреве и лучше выдерживает нагрузку. Такой подход позволяет добиться баланса между прочностью, массой и устойчивостью к температурным деформациям, что особенно важно для космической техники, работающей в экстремальных условиях.

В результате подобная оптимизация конструкции помогает не только повысить надежность защитной оболочки, но и снизить риск преждевременного разрушения отдельных элементов. Это, в свою очередь, делает спутники и другие устройства более долговечными, а их эксплуатацию — более безопасной и эффективной.

В результате удалось примерно вдвое повысить расчетный запас прочности конструкции, при этом ее защитная многослойная архитектура была полностью сохранена. Такое решение особенно важно для эксплуатации в условиях повышенных нагрузок, где надежность и устойчивость материалов играют ключевую роль. Дополнительные расчеты и проверка параметров показали, что обновленная конструкция лучше выдерживает воздействие внешних факторов и при этом не теряет своих защитных свойств.

В дальнейшем специалисты НИУ МИЭТ намерены изготовить первые экспериментальные образцы с новой системой защиты, после чего провести их всесторонние испытания. Особое внимание будет уделено проверке работоспособности устройств в космической среде, где на них воздействуют перепады температур, радиация и другие неблагоприятные условия. Полученные результаты помогут оценить перспективы применения разработки в реальных космических проектах и определить направления для ее дальнейшего совершенствования.

Источник и фото - ria.ru