Лавсан и каптон испытали «космической» радиацией

Теперь эти полимеры защитят космические корабли от негативных эффектов ионизирующего излучения

За пределами атмосферы Земли на космические аппараты воздействуют разные факторы: вакуум, ионизирующее излучение, космический мусор, микрометеориты, перепады температур и т.д. Ионизирующее излучение (радиация) — один из самых опасных факторов, который возникает из-за 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.

Как отмечают учёные, в процессе запуска в космос температура поверхности спутников изменяется в диапазоне от -150 °C до +150 °C. Поведение материалов при высокой температуре уже хорошо изучено, а исследований полимерных материалов при низкой температуре ещё 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, а затем облучали образец электронами с энергией 50 кэВ. Эксперименты длились от нескольких микросекунд до нескольких часов и проводились при температуре -170 °С. Данные фиксировали датчики внутри установки, затем учёные проводили расчеты и анализировали их.

Оказалось, что поведение электропроводности каптона при -170 °С отличается от результатов при +20 °С. При комнатной температуре радиационная электропроводность каптона постепенно растёт, 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.

Традиционно для описания поведения носителей заряда в полимерах при комнатной температуре используется модель Роуза — Фаулера — Вайсберга. Учёные подтвердили, что она хорошо подходит и для описания радиационной электропроводности при температуре -170 °С.

Полученные данные помогут инженерам-конструкторам лучше защитить космические аппараты от статических разрядов, вызванных ионизирующим излучением. Исследование опубликовано в Journal of Applied Physics.

Ильшат Муллахметов, один из авторов статьи, стажёр-исследователь Лаборатории функциональной безопасности космических аппаратов и систем МИЭМ НИУ ВШЭ:
В дальнейшем исследователи планируют изучить и другие материалы, которые используются в экстремальных условиях. В первую очередь это будут материалы, использующиеся на атомных электростанциях.

Iq.hse.ru.
Фото с сайта mil.ru.