В НИУ ВШЭ впервые измерили электропроводность полимеров в «космических условиях»
Ученые из МИЭМ НИУ ВШЭ впервые облучили в интервале от нескольких микросекунд до нескольких часов популярные в космической технике полимеры лавсан и каптон при разных температурах и сравнили их электропроводность. Оказалось, что при температуре -170 градусов каптон проводит электричество в 10 раз хуже, чем при +20. Полученные данные помогут инженерам-конструкторам лучше защитить космические аппараты от статических разрядов, вызванных ионизирующим излучением.
Исследование опубликовано в Journal of Applied Physics. В открытом космосе на аппараты воздействуют разные факторы: вакуум, ионизирующее излучение, космический мусор, микрометеориты, перепады температур и так далее. Ионизирующее излучение (радиация) — один из самых опасных факторов, возникающий за счет солнечного ветра, космических лучей и многого другого. По статистике, половина космических аппаратов выходит из строя именно из-за электростатических разрядов, вызванных ионизирующим излучением.
В деталях космического аппарата часто используют полимерные материалы. Они гораздо легче металлов и хорошо подходят для изоляции кабелей, экранно-вакуумной теплоизоляции и для конструктивных элементов. Вероятность возникновения электростатических разрядов на полимерных деталях зависит от электропроводности полимера: чем она выше, тем меньше вероятность возникновения поломки, благодаря тому, что заряды успевают «растечься» по материалу и не концентрируются в одном месте.
«Если заряженные частицы попадут на полимер с высоким сопротивлением и низкой электропроводностью, то могут в нем застрять. Когда у зарядов нет возможности распределиться по корпусу, они накапливаются в одном месте, из-за чего возникает высокая напряженность электрического поля, вызывающая электростатический разряд. Другими словами, возникает искра, из-за которой разрушаются конструктивные элементы и отказывают приборы космических аппаратов», — поясняет один из авторов статьи, стажер-исследователь Лаборатории функциональной безопасности космических аппаратов и систем МИЭМ НИУ ВШЭ Ильшат Муллахметов.
Как отмечают ученые, в процессе запуска в космос температура поверхности спутников изменяется в диапазоне от -150 градусов до +150. Поведение материалов при высокой температуре уже хорошо изучено, а исследований полимерных материалов при низкой температуре еще мало. Однако именно при низких температурах выше вероятность возникновения разрядов и поломки космических аппаратов.
Исследователи НИУ ВШЭ изучили поведение электрофизических свойств полимерных материалов при низкой температуре и вычислили значения электропроводности для двух полимеров, которые чаще всего используют в космической отрасли: лавсана и каптона. Эксперимент проводился так: в установку помещали образец полимера, откачивали воздух, чтобы добиться вакуума, близкого к космическому пространству, и облучали образец электронами с энергией 50 кэВ. Эксперименты длились от нескольких микросекунд до нескольких часов и проводились при температуре -170 градусов. Данные фиксировали датчики внутри установки, затем ученые проводили расчеты и анализировали их.
Оказалось, что поведение электропроводности каптона при -170 градусов отличается от результатов при +20. При комнатной температуре радиационная электропроводность каптона постепенно растет, проходит максимум, немного опускается, а после 100 секунд облучения резко возрастает. При низкой же температуре увеличения электропроводности не происходит, а она, наоборот, падает. В итоге при комнатной температуре радиационная электропроводность каптона после часа облучения составила 5*10-13 Ом-1м-1, а при низкой температуре — уже в 10 раз меньше.
Также ученые подтвердили, что модель Роуза — Фаулера — Вайсберга, традиционно использующаяся при описании поведения носителей заряда в полимерах при комнатной температуре, хорошо подходит и для описания радиационной электропроводности при температуре -170 градусов.
«Ранее, для низких температур, эта модель проверялась только в течение нескольких микросекунд. Мы же улучшили лабораторную установку и провели эксперимент длительностью более часа и определили параметры, которые могут использовать инженеры в расчетах, когда строят космический аппарат, — поясняет Ильшат Муллахметов. — С фундаментальной точки зрения наши результаты показывают, что формализм многократного захвата, который как раз используется в модели Роуза — Фаулера — Вайсберга, описывает транспорт носителей заряда в этих двух полимерах даже при низких температурах».
В дальнейшем исследователи планируют изучать другие материалы, которые используются в экстремальных условиях, в первую очередь материалы для устройств атомных электростанций.
Telegram 
Дзен 
VK Ученые давно сделали вывод о том, что в поздней Античности монеты перестали представлять собой цену как валюта, однако не было понятно когда именно это произошло. Новое исследование погребения римского воина из бельгийского форта Оденбург показало, в какой момент монеты стали цениться просто весом металла в кошельке.
Долгое время считалось, что гигантские стрекозообразные, жившие 300 миллионов лет назад, стали такими из‑за высокого содержания кислорода. Тогда в атмосфере его было около 30% вместо сегодняшних 21%. Учёные полагали, что крупные насекомые задохнулись бы в нашей атмосфере. Но оказалось, что это не так.
Нуклеосомы — основные «катушки» упаковки ДНК — почти всегда находятся в искаженном состоянии, а не в аккуратной и стабильной форме, как считалось десятилетиями. Именно через такие микроскопические изменения, как выяснили ученые, клетка регулирует работу генов — а значит, управляет развитием, реакцией на внешние раздражители и даже возникновением болезней.
Шведские биологи отследили миграцию обыкновенного соловья с помощью миниатюрных датчиков-рюкзаков. Как оказалось, при пересечении Сахары и Аравийской пустыни птицы летят только по ночам и не ищут пищу. Соловьи преодолевают пустыню без дозаправки, полагаясь лишь на накопленный заранее жир.
На границе возможностей оптоволокна лазерный пучок самоорганизовывается в мощный, сфокусированный луч-иглу. Параметры этого излучения таковы, что позволяют в реальном времени без дополнительных ухищрений рассматривать клеточные процессы.
Ученые давно сделали вывод о том, что в поздней Античности монеты перестали представлять собой цену как валюта, однако не было понятно когда именно это произошло. Новое исследование погребения римского воина из бельгийского форта Оденбург показало, в какой момент монеты стали цениться просто весом металла в кошельке.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
Четыре человека, летящие к Луне, столкнулись с целым рядом мелких неприятностей — от низкой температуры в начале работы до поломки мочевыводящей системы туалета на вторые сутки и необходимости взамен пользоваться пакетами. К счастью, пока самые крупные сложности удалось компенсировать. Но все они вместе могут сдвинуть ситуацию к решению, о котором Naked Science уже говорил в нашем видеоподкасте о миссии: не исключено, что при высадке астронавтов на Луне их корабль состыкуют со Starship не на окололунной, а уже на околоземной орбите.
Когда международная экспедиционная группа, исследующая море Уэдделла в Антарктиде на борту ледокола «Поларштерн», попыталась укрыться от шторма, ученые и экипаж судна удивились внезапному появлению острова, не обозначенного ни на одной морской карте.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно