• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
19.11.2021
КНЦ РАН
19 313

Апатитские ученые улучшили характеристики сверхточного гироскопа

4.4

Ученые разработали технологию создания сверхпроводящего покрытия для ротора сверхточного гироскопа.

Апатитские исследователи рассказали о технологии создания сверхпроводящего покрытия для ротора сверхточного гироскопа / ©Getty images

Для того, чтобы сохранять равновесие и отслеживать свое положение в пространстве, человеку нужен вестибулярный аппарат, а созданным человеком механизмам – гироскоп. Гироскопы позволяют определить угол наклона автомобиля или телефона, угловую скорость морского или воздушного судна, помогают при навигации и обеспечении безопасности движения.

Однако добиться того, чтобы гироскопом можно было снабдить практически любое устройство, человечество смогло только в начале XXI века. Принцип действия гироскопа основан на стремлении вращающегося тела вернуться к первоначальному положению при отклонении от оси вращения, несмотря на тряску, плохую видимость и электромагнитные помехи.

Первые гироскопы представляли собой массивные шары либо диски в кардановом подвесе. Массовому распространению гироскопов классического типа мешали размеры и замедление вращения из-за трения. На протяжении всего XX века шел поиск новых идей, позволяющих решить проблему мобильности и чувствительности гиродатчиков.

Ротор криогироскопа до и после электрополировки / ©Пресс-служба КНЦ

Например, в гироскопе с воздушной опорой шариковые подшипники заменяет «газовая подушка», что позволяет устранить трение и износ материала опоры. Микромеханический гироскоп имеет относительно невысокую по сравнению с другими новыми типами точность, но за счет низкой стоимости и использования хорошо отработанных современных технологий массово используется в большинстве современных приборов и гаджетов и даже в игрушках.

К устройствам сверхвысокой точности относятся неконтактные гироскопы, реализующие состояние левитации. Ротор в них «парит» в силовом поле подвеса без контакта с окружающими телами. Один из самых перспективных с точки зрения точности – криогенный гироскоп. Сверхпроводящая сфера подвешена в магнитном поле, а рабочий объем охлаждается до сверхнизких температур. Криогироскопы относятся к сложнейшим приборам, изготовление которых находится на стыке науки и технологии.

На прошедших в 2021 году международных конференциях «Пленки и покрытия-2021» (Санкт-Петербург) и «Быстрозакаленные материалы и покрытия» (Москва) ученые Института химии и технологии редких элементов и минерального сырья Кольского научного центра РАН рассказали о своем многолетнем труде: разработке технологии и оборудования для создания сверхпроводящего ниобиевого покрытия на роторе криогироскопа.

Схема / ©Пресс-служба КНЦ

На московской конференции доклад по этой разработке получил диплом I степени в номинации «Оригинальность исследования». Статья, написанная по материалам доклада, представлена в Санкт-Петербурге, опубликована в журнале Journal of Physics: Conference Series (издательство Institute of Physics Publishing (IOP), Великобритания).

Для того, чтобы изготовить ротор криогенного гироскопа, необходимо покрыть сверхпроводящим слоем ниобия подложку, отполировать получившееся покрытие и сформировать на нем защитную пленку для предотвращения деградации сверхпроводящих свойств ниобия. Исследователи предложили проводить каждый из этих этапов с использованием электрохимических процессов: электроосаждения, электрополировки, а также электроокисления ниобиевого покрытия.В качестве подложки ротора использовали новый современный материал – углеситалл.

Он имеет низкую плотность, высокую коррозионную стойкость и является хорошим проводником тока. Перед электроосаждением сверхпроводящего покрытия на сферической подложке вдоль ее экватора делали кольцевой вырез, необходимый для обеспечения устойчивого вращения ротора вокруг оси. Для создания сверхпроводящего ниобиевого покрытия на роторе криогироскопа использовался вращающийся катод.

Поскольку после электролитического осаждения ниобиевого покрытия его шероховатость соответствует 9-10 классу чистоты обработки поверхности, требуется дополнительная двухступенчатая обработка, включающая процессы электрохимической и механической полировки. Поверхность металла сглаживалась до зеркального блеска путем анодного растворения в растворе электролита.

Толщина исходного ниобиевого покрытия на сфере диаметром 10 мм составляла 127 мкм. После электрополировки поверхность покрытия обрабатывалась алмазными пастами с размером частиц от 1 до 0,3 мкм для достижения 13 класса чистоты поверхности. Финальная стадия обработки ротора – это образование пентаоксида ниобия на поверхности покрытия методом анодного оксидирования.

Все процессы создания ротора криогенного гироскопа по предложенной учеными технологии проходят при использовании минимального набора реактивов и в узком диапазоне условий, что позволяет экономить время, средства и исключать возможные ошибки при смене среды и условий. На разработанную технологию в 2019 году ученые получили патент, но ее усовершенствование продолжается.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Кольский научный центр Российской академии наук (бывший Кольский филиал Академии наук СССР) имени С. М. Кирова, объединение научных учреждений РАН на Кольском полуострове.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Предстоящие мероприятия
12 часов назад
Мария Азарова

Команда австралийских исследователей нашла доказательство того, как формировались и развивались зарождающиеся континенты нашей планеты.

Вчера, 16:26
Анна Новиковская

Быть «кошатником» — вовсе не грех, но, согласно данным нового исследования, такие люди не всегда знают, что лучше для самих кошек. Напротив, хозяева, которые имеют небольшой опыт общения с домашними животными, могут оказаться внимательнее к потребностям питомца и максимизировать его удовольствие от общения с человеком.

Вчера, 09:10
Василий Парфенов

Изначально выглядевшая многообещающе ракета-носитель Antares в последние годы стала довольно проблемной. Для ее создания требовалась кооперация США, Украины и России, которая в свете сложившейся геополитической обстановки практически невозможна. Решением проблемы станет переход с российских двигателей на созданные в Америке. И ключевую роль в нем сыграет частично украинская компания Firefly Aerospace.

8 августа
НИУ ВШЭ

Федеральная программа материнского капитала (и ее региональные аналоги) действительно приводит к тому, что семьи чаще и быстрее решаются завести второго ребенка. К такому выводу пришли сотрудники Исследовательской рабочей группы по экономико-математическому моделированию демографических процессов факультета экономических наук НИУ ВШЭ.

7 августа
Анна Новиковская

Историки долго мучились вопросом, почему древние римляне — те же, что сумели выстроить множество великолепных произведений архитектурного искусства, — с завидной регулярностью изготавливали странно асимметричные игральные кости, похожие на плохо слепленные детские поделки. Теперь у них есть возможный ответ на эту загадку.

6 августа
Сергей Васильев

Наблюдения показали, что планеты — мини-нептуны могут терять атмосферу под действием излучения своих звезд, переходя в группу каменистых планет-сверхземель.

11 июля
Василий Парфенов

Доступность высококачественных и актуальных данных от спутников дистанционного зондирования Земли растет с каждым годом. Такие компании, как Capella Space и Maxar Technologies, несколько лет подряд предлагают всем желающим беспрецедентно дешевые радарные и оптические снимки земной поверхности высокого разрешения. Это позволяет гражданским аналитикам наблюдать за военными объектами по всему миру и находить интересные артефакты.

2 августа
Александр Березин

Если западным странам удастся «лишить Кремль нефтяных доходов», то мир ждет геополитическое землетрясение. Только не обязательно в ту сторону, о которой вы сейчас подумали. На фоне того, что последует за «лишением», шок 1973 года может показаться детской игрой. Naked Science попробует оценить размах «потолочного катаклизма» заранее.

31 июля
Александр Березин

Саудовский принц одобрил строительство гигантского «лежачего небоскреба», который должен стать крупнейшим зданием в истории. Причем еще и самым экологичным в мире. Пресса и соцсети полны возмущенных оценок: «это антиутопия!», «проект сырой!» и тому подобным. Однако чисто технически это не так: «Зеркальную линию» на пять миллионов жителей вполне можно построить. И такое здание в самом деле будет энергоэффективным (и формально безуглеродным). Но у проекта есть другие слабые места, лежащие скорее в сфере науки, нежели техники. Naked Science попробовал разобраться в деталях.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: