Пенсионный советник

Спутники-хамелеоны окружают Землю

Создан материал-хамелеон для термозащиты микроспутников

Алексей Петров 20.08.2008, 17:28

Уже скоро Землю сможет окружить рой микроспутников, запустить которые станет под силу даже небольшим компаниям. Новый материал-хамелеон позволяет элегантно решить ключевую проблему на этом пути – огромные перепады температур. На солнце слоистый хамелеон сам по себе светлеет, отражая падающие на него лучи, а в тени начинает работать, как шуба, блокируя потерю тепла в космос.

Называя себя покорителями космоса, люди немного лукавят. Конечно, в околоземном пространстве в настоящее время обращается немало спутников, которые обеспечивают связью и фотоснимками не только праздную публику, но и телерадиокомпании и военные ведомства. В космос то и дело летают туристы, и постоянно работает Международная космическая станция.

Время противостояния в космосе – по крайней мере, в том виде, в каком оно виделось прежним лидерам сверхдержав, – прошло, и сегодня воспользоваться GPS навигацией и картами, составленными с помощью спутниковой фотосъемки, может позволить себе каждый житель Земли.

В то же время освоение космоса до сих пор не под силу частным компаниям, которые могли бы давно взять в свои руки доставку на орбиту телекоммуникационных спутников связи. Однако стоимость каждого запуска космического аппарата под стать космическим просторам, именно поэтому её часто называют астрономической. Дело в том, что каждый спутник приходится делать большого размера, и зачастую в одном аппарате функционируют сразу несколько устройств разного назначения.

Причина такого положения вещей кроется в жестких условиях внешней космической среды, в которой телеуправляемым машинам приходится функционировать.

И дело даже не в том, что здесь обращается большое количество микрометеоритов, каждый из которых способен врезаться в обшивку аппарата со скоростью, десятикратно превышающую скорость пули. Подпадая под прямые лучи солнца, а затем резко уходя в тень, аппараты, не прикрытые воздушной атмосферой земли, могут разогреться выше ста градусов по Цельсию, а затем быстро остыть до таких же значений со знаком минус. Именно эти перепады температуры не позволяли первым искусственным спутникам нашей планеты совершить больше нескольких десятков оборотов вокруг Земли, оставаясь в строю.

Для поддержания постоянной температуры спутников и орбитальных станций инженеры придумали системы механических жалюзи и рефрижераторных систем, открывающихся и отдающих тепло при воздействии солнечной радиации и закрывающихся при попадании в тень. Однако громоздкость такой системы температурного контроля не позволяла до сих пор реализовать её для маленьких космических аппаратов.

Между тем, сейчас для многих уже стало очевидным, что будущее принадлежит именно компактным спутникам весом от трех до двадцати килограмм. Вывод таких спутников на орбиту существенно дешевле и под силу частным коммерческим организациям. Маленькие спутники могут позволить себе развивающиеся страны, которым они нужны, прежде всего, для мониторинга собственной территории различными силовыми ведомствами. В менее габаритных спутниках заинтересованы и военные, которых немало заботят вопросы обнаружения и уничтожения космических объектов с помощью ракет противника.

На проходящем в эти дни в Филадельфии ежегодном съезде Американского химического общества Прасанна Чандрасекар из корпорации Ashwin-Ushas продемонстрировал слоистый материал, который позволит этим мечтам сбыться. Материал имеет три слоя, один из которых постоянно подключен к источнику электрического напряжения.

Этот слоистый хамелеон самостоятельно, безо всяких команд компьютера, меняет цвет так, чтобы стабилизировать температуру покрытого им тела.

На солнце материал меняет свою окраску и приобретает очень светлый оттенок, отражая падающие на него солнечные лучи обратно в космическое пространство. Сменить окраску его заставляет жёсткая компонента солнечного излучения, но свою способность к поглощению лучей он меняет и в видимом, и в инфракрасном диапазоне. В тени же хамелеон, наоборот, темнеет. Кроме того, охлаждаясь, он приобретает способность к термоизоляции, очень плохо пропуская тепло, идущее изнутри аппарата.

Слой, активно меняющий свою способность к поглощению лучей не только в видимом, но и в инфракрасном диапазоне, защищен от механического воздействия тонкой пленкой оксида кремния, которая не дает температуре защитного слоя подняться выше определенного предельного значения. Снабжен материал и антикоррозионным покрытием на основе германиево-кремниевого оксидного материала, препятствующего окислению деталей обшивки свободными радикалами атомарного кислорода, также представляющих большую угрозу для космических кораблей.

Тонкая пленка теплоизоляционного материала, меняющего свой цвет под действием сильного света или глубокой темноты // Prasanna Chandrasekhar
Тонкая пленка теплоизоляционного материала, меняющего свой цвет под действием сильного света или глубокой темноты // Prasanna Chandrasekhar

Стоимость материала-хамелеона составляет около $300 за квадратный метр, что более чем приемлемо для космической индустрии, перспективы развития которой опираются на малогабаритные аппараты, умещающиеся в хозяйственную сумку. Вес материала, толщина которого в итоге составляет всего несколько десятых миллиметра, так же настраивает и разработчиков, и потенциальных потребителей на самый оптимистичный лад. Про энергопотребление Чандрасекар, впрочем, умолчал.

Однако он рассказал, как его команда тестировала материал в условиях быстро чередующихся температур в интервале 150оС в течение трех месяцев в вакуумной камере, после чего еще и постреляла по нему из помпового ружья, заряженного мелкими острыми предметами.

Термоматериал-хамелеон, не получивший еще красивого коммерческого названия, с блеском прошел и имитацию перепада температур в космическом пространстве, и обстрел космическими микрометеоритами.

По словам учёных, в настоящее время американская Национальная аэрокосмическая администрация (NASA) только начинает всерьёз заниматься микроспутниками. Первые такие американские аппараты должны быть выведены на орбиту через пять лет. Как нельзя кстати – возможно, в них найдёт применение и чудо-хамелеон, разработанный Чандрасекаром.