От Освоение дальнего космоса и реализация длительных межпланетных миссий упираются в ряд критических технологических ограничений. Одним из главных вызовов остается защита корабля и экипажа от космического излучения и «солнечного ветра» — потоков высокоэнергетических частиц, опасных для здоровья человека и работы электроники.
«Космическое излучение, состоящее из частиц высокой энергии (протонов, ядер гелия, тяжелых заряженных частиц), а также фотонного излучения (нейтрино, гамма-кванты), ионизирует материал космического корабля, что ведет ко вторичному излучению внутри его корпуса. Для комбинированной защиты от излучения частиц высокой энергии можно использовать «легкие» материалы рассеяния с высоким содержанием водорода, а для ослабления и поглощения фотонного излучения — тяжелые металлы или композиты на их основе», — рассказал один из авторов исследования, профессор ДВФУ, директор ИХТРЭМС КНЦ РАН, академик РАН Иван Тананаев.
Чтобы защитить людей и технику, ученые синтезировали новый композит, который эффективно поглощает тепловые нейтроны. При этом материал обладает легкостью и прочностью. К тому же он существенно дешевле зарубежных аналогов.
««В НАСА, например, разрабатывают материал на основе нанотрубок нитрида бора (BNNTs). Однако его производство чрезвычайно дорого — до тысячи долларов за грамм. Наша задача — получить композит со схожими или лучшими защитными свойствами, но в 100-200 раз дешевле. Мы предлагаем керамо-металлические композиты системы LaB6-Al-Mg, спеченные по передовой технологии электроимпульсного плазменного спекания», — отметил руководитель исследования, сотрудник лаборатории ядерных технологий ИТПМ ДВФУ, заведующий лабораторией СахГУ, кандидат химических наук Олег Шичалин.
Результаты показали, что увеличение доли металлической фазы Al-Mg до 90% обеспечивает однородную структуру композита с равномерным распределением частиц гексаборида лантана (LaB6). Этот материал обладает высокой плотностью и стабильностью: в нем формируется двухфазная система LaB6 и интерметаллида Mg2Al3 без побочных химических продуктов. Наилучшие результаты по защите от тепловых нейтронов показал состав с 50-процентным содержанием LaB6. Для него зафиксированы максимальный коэффициент ослабления излучения и минимальная толщина слоя половинного ослабления — всего 2,02 мм. Это означает, что тонкий слой материала способен эффективно защищать технику и людей от опасного излучения. Важным практическим преимуществом является хорошая обрабатываемость композита инструментальными методами, что открывает путь к изготовлению из него сложных деталей космических конструкций.
«Разработка таких материалов, как композит LaB₆-Al-Mg, открывает принципиально новые возможности для длительных пилотируемых миссий в дальнем космосе. Если во время лунных миссий программы «Аполлон» (1969–1972 гг.) астронавты находились на поверхности Луны не более нескольких дней (максимум — 75 часов для «Аполлона-17»), и полет в целом длился около недели, то будущие экспедиции к Марсу потребуют качественно иного подхода к радиационной безопасности. Перелет по оптимальной траектории к Красной планете занимает от 6 до 9 месяцев в одну сторону, а вся миссия с учетом пребывания на поверхности может продлиться около 2–3 лет. Все это время экипаж будет подвергаться постоянному воздействию галактических космических лучей и потенциальным солнечным вспышкам. Поэтому данная технология, сочетающая высокую эффективность, легкость и доступность, может стать ключевым элементом, позволяющим человеку безопасно находиться и работать в условиях глубокого космоса продолжительное время», — подчеркнул Олег Шичалин.
Разработка ведется в рамках стратегических направлений развития российской космической науки и техники, направленных на обеспечение длительных пилотируемых полетов, включая проекты по освоению окололунного пространства.