Изучение многокомпонентных покрытий на кварцевых стеклах с целью обеспечения защиты от эрозионного воздействия гиперскоростных микрочастиц

ВВЕДЕНИЕ 3
1 АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ НАНЕСЕНИЯ ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ НА СТЕКЛА ИЛЛЮМИНАТОРОВ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА 6
1.1 Повреждения космических аппаратов и их элементов при ударном воздействии микрометеороидов 6
1.2 Способы защиты оптических систем наблюдения космических аппаратов 6
1.3 Определение критериев при выборе кварцевого стекла 8
1.4 Основное перспективное применение покрытий для защиты оптических элементов космического аппарата от воздействия высокоскоростных микрометеороидов 9
1.4.1 Особенности применение двухслойных покрытий SiAlN/Ta и их механические свойства 9
1.4.2 Физические свойства оксида индия, легированного оловом 11
1.5 Заключение по анализу современного состояния научной проблемы 12
2 ИЗГОТОВЛЕНИЕ ПАРТИИ ОБРАЗЦОВ ИЗ СТЕКЛА МАРКИ КВ С ПОКРЫТИЯМИ, НАНЕСЕННЫМИ ПО РАЗРАБОТАННЫМ РЕЖИМАМ И ИССЛЕДОВАНИЕ ИХ СВОЙСТВ 14
2.1 Магнетронное осаждение композитных покрытий Ta/SiAlN и InSnO 14
2.2 Спектрофотомерия покрытий Ta/SiAlN и InSnO 15
2.3 Рентгеноструктурный анализ покрытий Ta/SiAlN и InSnO 15
2.4 Просвечивающая электронная микроскопия покрытий Ta/SiAlN и InSnO 16
2.5 Адгезионные свойства покрытий Ta/SiAlN и InSnO 17
2.6 Определение предела прочности на изгиб 17
2.7 Проведение испытаний образцов стекла с защитным покрытием на ударное воздействие высокоскоростных частиц 18
3 ОБСУЖДЕНИЕ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ 21
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 23
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 24
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 27
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 28
ПРИЛОЖЕНИЕ 4 30
ПРИЛОЖЕНИЕ 5 31
ПРИЛОЖЕНИЕ 6 33
ПРИЛОЖЕНИЕ 7 35
ПРИЛОЖЕНИЕ 8 36

Весь текст будет доступен после покупки

В последние десятилетия проводятся обширные исследования космического пространства с целью обеспечения безопасности космических полетов. Это связано с тем, что космические аппараты, находящиеся на низкой околоземной орбите, часто сталкиваются с высокоскоростными микрометеороидами и осколками объектов искусственного происхождения. Особенно опасными являются маленькие частицы размером до 10 см, которые представляют угрозу для других активных спутников из-за своей многочисленности, высоких скоростей и невозможности отслеживания. Их количество увеличивается каждый год, и их воздействие может привести не только к повреждению космических аппаратов, но и к их полной выходе из строя. Важный вклад в засорение орбиты также вносят выбросы большого количества частиц после ударов по хрупким материалам космических аппаратов.

В течение эксплуатации космических аппаратов также подвергаются воздействию различные внешние факторы в космосе, такие как горячая магнитосферная плазма, электроны, ионы земных радиационных поясов и другие. Влияние всех этих факторов является одной из основных проблем, приводящих к ухудшению характеристик различных элементов космических кораблей и сокращению срока их службы. Особенно подвержены повреждениям оптические элементы пилотируемых космических аппаратов, такие как иллюминаторы, оптические линзы фотоаппаратов и другие. Стекла иллюминаторов являются неотъемлемой частью и широко используемыми материалами для космических аппаратов.

В результате ударов высокоскоростных частиц могут образовываться отверстия, кратеры и другие повреждения стекла, что приводит к ухудшению его оптической прозрачности, механических свойств и технических характеристик. Поэтому требуется, чтобы оптические элементы пилотируемых аппаратов не только выдерживали удары, но и сохраняли оптические свойства на протяжении всего периода нахождения на орбите.

Весь текст будет доступен после покупки

1 АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ НАНЕСЕНИЯ ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ НА СТЕКЛА ИЛЛЮМИНАТОРОВ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА
1.1 Повреждения космических аппаратов и их элементов при ударном воздействии микрометеороидов
Космическое пространство, обычно воспринимаемое как почти полностью пустое, на самом деле не таковым. Оно наполнено космической пылью, метеороидами и обломками космических аппаратов в околоземной орбите. В работе [5] исследователи предлагают использовать комбинированный бамперный щит для защиты космических конструкций от воздействия мелких осколков сверхскоростного космического мусора. Этот вид защиты обладает рядом положительных качеств, включая легкий вес, способность минимизировать вторичную фрагментацию и рассеивать облако, содержащее обломки высокоскоростных объектов и фрагменты бампера.

Также рассматриваются различные типы защитных экранов, такие как монолитный экран для защиты от метеороидов, простой экран Уиппла для первого слоя защиты космических аппаратов, и многослойный (заполненный) Щит Уиппла, который в 10-20 раз эффективнее монолитного щита. Важно отметить, что защитная конструкция должна обеспечивать защиту от множественных высокоскоростных столкновений.

В дальнейшем рассматриваются способы защиты оптических систем наблюдения космических аппаратов от микрометеороидов и техногенных материалов. Отмечается, что данные предоставленные Европейским космическим агентством указывают на значительное количество космических объектов на околоземной орбите, что ставит под угрозу безопасность космических полетов. Для решения проблемы создана орбитальная служба по уборке мусора "космический корабль ELSA-M", разработанный для удаления нескольких выведенных из эксплуатации спутников. Необходимо принимать меры предосторожности, чтобы обеспечить защиту работоспособности космических аппаратов при столкновении с орбитальной частицей мусора или микрометеороидом.

В дальнейших исследованиях рассматривается потенциал использования высокопрочных нанокомпозитных материалов в космических и аэрокосмических конструкциях. Особое внимание уделяется нанесению на поверхность материалов наноструктурированных покрытий для упрочнения их поверхности. Показывается, что наличие твердого нанокристаллического покрытия на поверхности материала может снизить поверхностную плотность мелких кратеров, образуемых при ударном воздействии частиц.

Весь текст будет доступен после покупки

1. N. N. Smirnov, A. B. Kiselev A.I.N. Mathematical modeling of space debris evolution in near-earth // Vestn. Moskov. Univ. Ser. 1. Mat. Mekh.,. 2022. № 4. С. 33–41.
2. Durin C., Mandeville J.C., Perrin J.M. Active detection of micrometeoroids and space debris SODAD-2 experiment on SAC-D satellite // Adv. Sp. Res. COSPAR, 2022. Т. 69, № 10. С. 3856–3863.
3. Shakirzyanova V.V. и др. Behavior of multilayer transparent spacecraft elements during high-speed collision with compact impactors // Acta Astronaut. Elsevier Ltd, 2021. Т. 180. С. 119–124.
4. Кузьмин М.П. Эффект замещения индия алюминием в тонких плёнках оксида индия - олова / Химия и металлургия. 2013. Т. 9, № 80. С. 196–201.
5. A D.V.P. и др. Large-scale shielding structures in low earth orbits. 2015. С. 153–161.
6. Allende M.I. и др. Prediction of micrometeoroid damage to lunar construction materials using numerical modeling of hypervelocity impact events // Int. J. Impact Eng. Elsevier, 2020. Т. 138, № July 2019. С. 103499.
7. Hu D. qi и др. Sensitivity analysis of spacecraft in micrometeoroids and orbital debris environment based on panel method // Def. Technol. 2021.
8. Bozhko I.A., Sungatulina E.V., Kalashnikov M.P., Fedorischeva M.V., Sergeev V.P. K.Y.F. Investigation of the resistance of K-208 glasses with optically transparent Al-Si-N nanocomposite coatings to the impact of high-speed microparticles. // Russ. Phys. J. 2019. Т. 62, № 3. С. 393 – 399.
9. Smirnov N.N., Kondratyev K.A. Evaluation of craters formation in hypervelocity impact of debris particles on solid structures // Acta Astronaut. Elsevier, 2009. Т. 65, № 11–12. С. 1796–1803.
10. Prudnikov V. V., Vakilov A.N., Filikanov E.L. Study of the low-temperature behavior of a disordered antiferromagnet with random fields by the parallel-tempering method // Phys. Met. Metallogr. 2007. Т. 104, № 6. С. 541–547.

Весь текст будет доступен после покупки