В Перми разрабатывают космические оболочки нового поколения

Ученые Пермского университета разрабатывают самораспаковывающиеся оболочки для крупногабаритных конструкций, которые отвердевают прямо в космосе. Такие разработки ведут только в Перми и австралийском Сиднее — поднимают опытные образцы в стратосферу и тестируют в вакуумных камерах. Исследовательская группа готовится запатентовать свое изобретение.

 

Во время космических исследований на станциях необходимы помещения для лабораторных отсеков, хранения вещей, сбора космического мусора. Если в сам летательный аппарат эти конструкции не вписываются, то обычно их запускают отдельными блоками (модулями), которые после вывода на орбиту стыкуются с МКС. Однако транспортные ракеты имеют ограничения по грузоподъемности, а их грузовые отсеки жестко ограничены в объемах.

Новый подход, предлагаемый учеными Пермского университета, предполагает использование надувных или пневматических конструкций, которые распаковываются и отвердевают прямо в космосе. В основе оболочки — препрег, ткань из углеродного волокна, которая пропитывается эпоксид-полимерами. В открытом космосе ткань отвердевает и превращается в устойчивую жесткую конструкцию.

 

«Они имеют менее жесткие ограничения по размерам, не требуют многочисленных запусков носителей. Экипаж корабля может не участвовать в сборке, так как раскрываются они автоматически. Оболочки компактны и удобны для транспортировки», — рассказал один из руководителей проекта, доктор физико-математических наук, профессор, заведующий кафедрой прикладной математики и информатики Сергей Русаков.

Вакуумная камера в ПГНИУ

 

Благодаря небольшому весу оболочки, ракетоноситель испытывает меньше перегрузок при старте, а сами конструкции применимы даже в дальнем космосе. Кроме того, если придать оболочке специальную форму, то ее можно использовать как антенну для наноспутников.

 

Сейчас разработчики решают задачу отработки технологии отверждения конструкции в космосе. Большинству смол для отвердевания требуется определенный температурный режим. Для нагрева ученые предлагают использовать солнечную энергию, а для равномерного отвердевания поверхности — вращать оболочку вокруг своей оси. Этому решению посвящена статья в американском международном журнале в сфере космической политики и права «Acta Astronautica», которая выйдет в октябре 2018 года.

 

Для экспериментального подтверждения разработки исследовательская группа проверяет небольшие опытные образцы в специальных вакуумных камерах, в которых создается разреженный воздух как на околоземной орбите. Чтобы проверить воздействие космического излучения на конструкцию в целом, в 2014–2016 ученые совершили шесть стратосферных запусков опытных образцов. Их поднимали на высоту 35 км, где атмосфера Земли уже не защищает от излучения. Это уникальный опыт для российского научного сообщества — до этого подобные запуски удалось сделать только единожды в Австралии, сотрудникам университета Сиднея, в партнерстве с которыми идет разработка проекта.
 

 

«Исследованиями в этой области группа пермских ученых во главе с Алексеем Кондюриным и Александром Свистковым занялась более 10 лет назад. Я подключился к проекту в 2012 году. За это время наша команда четыре раза получала гранты от Российского фонда фундаментальных исследований. Вся разработка сейчас находится на научно-исследовательском и опытно-конструкторском этапе. Проект уже вызывает коммерческий интерес. Поэтому мы активно занялись охраной интеллектуальной собственности, подготовили заявку на патент. Вообще, проект охватывает большой класс математических задач, которые будут интересны широкому кругу ученых. Надеемся, что в итоге наша разработка воплотится в жизнь», — поделился Сергей Русаков.

 

В конце 2017 года ученые выиграли новый грант регионального конкурса научных проектов международных исследовательских групп на продолжение разработки. В ближайшие три года разработчики получат субсидии от Министерства образования и науки Пермского края для реализации научного проекта в размере 6 млн рублей.