Дорога в космос: новейшие технологии создания неразъемных соединений

У большинства россиян День космонавтики - 12 апреля - вызывает теплые и трепетные чувства. Улыбка Юрия Гагарина с детства знакома и дорога каждому. Наша страна, благодаря его подвигу, превратилась в передовую космическую державу, а у огромного числа людей пробудилось стремление к познанию неизведанного. Так, в результате события, произошедшего в апреле далекого 1961-го, сформировалось целое поколение романтиков и энтузиастов - ученых, изучающих космос и все, что с ним связано. Академическая наука Сибири внесла свой вклад в развитие российской космической отрасли. Работы в этом направлении ведутся непрерывно, а последние два года отмечены рядом достижений, открывающих значительные перспективы...

Что нужно для космического корабля нового поколения?

Создание космического корабля нового поколения сегодня является одной из задач государственной значимости. Решение ее требует разработки инновационных подходов, прорывных технологий и качественно иных материалов. Например, таких, как новые высокопрочные легкие алюминиевые сплавы, разработанные специально для авиакосмической отрасли.

Одна только проблема: такие сплавы не поддаются сварке традиционными методами. Здесь необходимо применение новейшей технологии создания неразъемных соединений - речь идет о сварке трением с перемешиванием. Суть ее в том, что плавления металла не происходит, а сам сварной шов формируется за счет фрикционного нагрева и сверхинтенсивной пластической деформации. Однако новая технология требует одновременного развития подходов к диагностике состояния сварного соединения, полученного данным методом. А это невозможно без глубоких знаний в области закономерностей пластической деформации. Институт физики прочности и материаловедения (ИФПМ) СО РАН является одним из мировых лидеров в области фундаментальных исследований многоуровневых механизмов пластической деформации. Именно такой подход позволяет понять природу и изучить механизмы пластического деформирования материала в столь сложных условиях.

Согласно постановлению российского правительства, с 2013 года ИФПМ СО РАН совместно с ОАО “Ракетно-космическая корпорация “Энергия” им. С.П.Королева” и Томским политехническим университетом реализует проект “Разработка и внедрение высокоэффективной технологии активно-пассивного контроля качества соединений, полученных методом сварки трением с перемешиванием, для изготовления корпусных элементов ракетно-космической техники нового поколения”.

- Контроль качества сварных соединений нового типа имеет принципиальное значение, - поясняет заведующий лабораторией контроля качества материалов и конструкций ИФПМ СО РАН Евгений Колубаев. - Ведь речь идет о выявлении различных дефектов, которые могут отрицательно сказаться на работе космического аппарата. В космосе все должно быть безупречно: от этого зависит не только престиж России на мировой арене, но и жизнь людей. Комплексное применение выбранных нами методов  неразрушающего контроля не случайно: оно позволяет с максимальной достоверностью и эффективностью выявлять специфические дефекты различного типа, характерные для сварки трением с перемешиванием. Применение данного решения позволит обеспечить надежность сварных соединений космической техники из перспективных алюминиевых сплавов. Кстати, анализ методов неразрушающего контроля, используемых ведущими мировыми производителями авиакосмической техники, такими как “Thales Alenia Space” и “Airbus”, показал уникальность предложенного нами подхода. По признанию специалистов, сегодня это лучший в мире комплекс контроля состояния нового типа неразъемных соединений...

ИФПМ СО РАН выполняет и еще один проект, связанный с космической тематикой. Причем работы ведутся в связке с теми же самыми партнерами: ТПУ и ОАО “РКК “Энергия”. В данном случае речь идет о решении проблемы защиты стекол иллюминаторов космических аппаратов от многочисленных поверхностных разрушений, вызванных бомбардировкой микрометеороидами и космическим мусором. Это крайне непростая задача, ведь необходимо сохранить оптические свойства иллюминатора.
Но российским ученым удалось решить и эту проблему, создав уникальную технологию магнетронного нанесения специальных покрытий, которые будут защищать стекла от повреждающего воздействия микрометеороидов.

По словам заведующего лабораторией материаловедения покрытий и нанотехнологий ИФПМ СО РАН Виктора Сергеева, оптически прозрачное многокомпонентное покрытие состоит из нескольких слоев: “В его состав входят более десяти элементов таблицы Менделеева. Каждый из слоев имеет свою функцию. Одни решают задачу повышения ударной, термоциклической и радиационной стойкости, другие делают покрытие прозрачным и т.д.”.

Проведенные в прошлом году испытания по бомбардировке стекол с новым покрытием (на легкогазовой пушке, разгоняющей микрочастицы железа со средним размером около 50 микрометров до скоростей 5-8 километров в секунду) прошли успешно. После нанесения “защиты” число кратеров, образующихся на поверхности стекла, уменьшилось в три раза. В ОАО “РКК “Энергия” было принято решение об использовании данной разработки для стекол иллюминаторов перспективных космических кораблей и модулей Международной космической станции. На этом сосредоточатся в нынешнем году специалисты ИФПМ СО РАН, где совместно с ТПУ будет запущена технологическая линия по нанесению защитных покрытий на стекла иллюминаторов.

Этими примерами сотрудничество ИФПМ СО РАН с космической отраслью не исчерпывается. Сегодня при участии института проводятся четыре космических эксперимента. Общая сумма проектов и контрактов, выполняемых совместно с томскими университетами, перевалила за 400 миллионов рублей... За всеми этими и многими другими достижениями сибирских ученых стоят годы исследований, которые и позволили сформировать ключевые компетенции для решения задач высокой сложности. Ну и, конечно, такая обаятельная улыбка Юрия Гагарина.