Коллектив ученых Дальневосточного федерального университета (ДВФУ) совместно с коллегами из Сахалинского государственного университета (СахГУ), Томского политехнического университета (ТПУ) и Института химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева КНЦ РАН предложил новый высокоэффективный композитный материал для защиты космонавтов и оборудования от космической радиации.
Результаты исследований, подтверждающие уникальные свойства материала, опубликованы в международном научном журнале Materials Characterization.
Освоение дальнего космоса и реализация длительных межпланетных миссий упираются в ряд критических технологических барьеров. Одним из главных вызовов остается защита 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 академик РАН, профессор ДВФУ Иван Тананаев.
Молодые ученые сосредоточились на создании материала, который был бы не только эффективен, но и экономически целесообразен для масштабного применения в космической отрасли.
«В NASA, 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 Олег Шичалин, руководитель исследования, к.х.н. сотрудник лаборатории ядерных технологий ИТПМ ДВФУ, заведующий лабораторией СахГУ.
В статье показано, что увеличение доли металлической фазы (алюминий-магний) 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.
Ключевое достижение — выдающаяся протонопоглощающая способность. Наилучшие результаты по защите от тепловых нейтронов показал состав с 50% 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 охранять металлы от опасного излучения.
Важным практическим преимуществом является хорошая обрабатываемость композита инструментальными методами, что открывает путь к изготовлению из него сложных деталей космических конструкций.
Разработка ведется в рамках стратегических направлений развития российской космической науки и техники, направленных на обеспечение длительных пилотируемых полетов, включая проекты по освоению окололунного пространства. Создание доступных и эффективных материалов радиационной защиты — фундаментальный шаг на пути к межпланетным миссиям.
Ранее ученые ДВФУ разработали метод получения высокопрочных материалов для строительства баз на Луне, а также способ защиты лунных баз от космической радиации. В их создании применяются вулканические породы Приморья и Камчатки, схожие по химическому и минеральному составам с лунными. Комбинирование местных ресурсов, передовых технологий спекания и радиационной защиты делает возможным создание надежных укрытий для будущих колонистов, приближая эру освоения космического пространства за пределами Земли.