ПРИМЕНЕНИЕ ПОЛИМЕРОВ И КОМПОЗИТОВ В КОСМИЧЕСКОМ ПРИБОРОСТРОЕНИИ Текст научной статьи по специальности «Прочие технологии»

УДК 62-03

Ушакова Т.Е.

магистрант первого курса Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения (г. Санкт-Петербург, Россия)

ПРИМЕНЕНИЕ ПОЛИМЕРОВ И КОМПОЗИТОВ В КОСМИЧЕСКОМ ПРИБОРОСТРОЕНИИ

Аннотация: в работе рассмотрена актуальность применения полимеров и композитов в отрасли космического приборостроения. Изучены виды и области применения их в промышленном производстве. Также рассмотрены методы производства полимерных материалов.

Ключевые слова: полимеры, композит, космическое приборостроение, материалы, внешние воздействующие факторы, требования к композитам.

Применение полимеров является одним из ключевых аспектов современной космической отрасли. Полимеры являются необходимым материалом для создания различных компонентов и конструкций космических аппаратов и оборудования. Их уникальные свойства делают их незаменимыми в условиях космоса, где среда крайне агрессивна и враждебна для обычных материалов.

Использование полимеров в космической отрасли позволяет создавать легкие, прочные и устойчивые к воздействию различных факторов материалы, что особенно важно для разработки космических аппаратов и оборудования. Полимеры обладают высокой устойчивостью к радиации, вакууму, экстремальным температурам и другим воздействиям, что позволяет им успешно функционировать в космосе в течение длительного времени.

1670

Не менее важным аспектом применения полимеров в космической отрасли является их способность к уменьшению экологического воздействия. Полимерные материалы являются экологически безопасными и могут быть переработаны и использованы повторно. Динамика объема рынка композитных материалов представлена на рисунке 1.

На сегодняшний день чаще всего в космической отрасли используют термопластики, стеклопластики, углепластики, боропластики, органопластики, порошковые полимеры и текстолиты. Применение того или иного материала зависит от поставленных задач:

Применение полимеров для создания защитных оболочек космических аппаратов: полимеры, такие как каптон и полиимид, используются для создания защитных оболочек космических аппаратов, обеспечивая термическую защиту от высоких температур при входе в атмосферу Земли.

Применение композитов для конструкции космических аппаратов: композитные материалы, состоящие из полимеров и усиливающих элементов, таких как углеродные волокна или стекловолокно, используются для создания легких, прочных и жестких конструкций для космических аппаратов, таких как спутники и ракеты.

-15.0%

Динамика объема мировсно рынка

Динамика объема российского рынка

Рисунок 1. Динамика объёма рынка композитных материалов.

1671

Применение полимеров для изготовления инструментов и оборудования: полимерные материалы, такие как полиэтилен и полиуретан, используются для изготовления различных инструментов и оборудования, используемых в космической отрасли, таких как космические скафандры, ручные инструменты и кабельные обмотки.

Применение композитов для создания солнечных батарей: композитные материалы, содержащие углеродные волокна или кремниевые частицы, используются для создания легких и эффективных солнечных батарей, обеспечивающих космические аппараты энергией от Солнца. Примеры применения представлены на рисунке 2.

Рисунок 2. Пример применения полимеров в космической отрасли.

Композиты, которые используют в космической отрасли, должны быть устойчивы к криогенным температурам, быть прочными и гибкими, не выделять газы. Например, каптон стабилен в диапазоне температур от минус 273 до плюс 400 градусов по Цельсию и благодаря этому использовался в программе «Аполлон» в качестве теплоизоляции лунного модуля.

Влияние потоков радиации и ультрафиолета выражается в разрушении поверхности полимерных материалов и кристаллической решетки пластика. Например, пенополиуретан, под действием альфа- и бета-излучения начинает крошиться.

1672

Во избежание влияния космической радиации, в пластик добавляют различные компоненты, которые демонстрируют устойчивость к гамма-излучениям и ультрафиолету — например, армирующие волокна. Также для этих целей могут использовать наночастицы, однако эта технология довольно трудоемка, добиться равномерного распределения наночастиц в материалах очень сложно и для этого используют множество различных технологий.

Для производства полимеров и композитов, применяемых в космической отрасли, используются различные методы, обеспечивающие оптимальные свойства материалов для работы в условиях космоса. Рассмотрим основные методы производства таких материалов:

Полимеризация. Для получения полимеров используются различные методы полимеризации, такие как радикальная, катионная, анионная, и координационная полимеризация. Эти методы позволяют получать полимеры с необходимыми свойствами, такими как прочность, стойкость к радиации и низкая токсичность.

Производство композитов. Для получения композитных материалов, сочетающих в себе преимущества различных материалов, применяются методы внедрения углепластика, стекловолокна и других усиливающих составляющих. Это позволяет создавать материалы с высокой прочностью, малым весом и устойчивостью к воздействию внешних факторов.

Использование нанотехнологий. Применение наноматериалов позволяет улучшить характеристики полимеров и композитов, такие как прочность, устойчивость к воздействию космической среды и температурные свойства. Наночастицы могут быть внедрены в структуру материала, улучшая его свойства.

Экструзия и литье. Для формирования полимеров и композитов в определенные формы и размеры применяются методы экструзии и литья. Эти методы позволяют получать изделия различной сложности, от элементов космических аппаратов до защитных покрытий.

1673

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Лишних М.А. ВИДЫ И СВОЙСТВА НАНОКОМПОЗИТОВ НА ОСНОВЕ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ // Вестник науки. 2022. №6 (51). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/vidy-i-svoystva-nanokompozitov-na-osnove-polimernyh-materialov;

2. Ошмян В.Г., Патлажан С.А., Remond Y. Принципы структурно-механического моделирования полимеров и композитов // ВМС. Серия А. 2006. №9. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/printsipy-strukturno-mehanicheskogo-modelirovaniya-polimerov-i-kompozitov;

3. Буханец Дмитрий Иванович Нанотехнологии и наноматериалы в космической технике (по материалам отечественной и зарубежной печати) // Новые исследования в разработке техники и технологий. 2014. №2. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/nanotehnologii-i-nanomaterialy-v-kosmicheskoy-tehnike-po-materialam-otechestvennoy-i-zarubezhnoy-pechati

Ushakova T.E.

St. Petersburg State University of Aerospace Instrumentation (St. Petersburg, Russia)

APPLICATION OF POLYMERS AND COMPOSITES IN SPACE INSTRUMENTATION

Abstract: the paper considers the relevance of the use of polymers and composites in the field of space instrumentation. The types and areas of their application in industrial production have been studied. The methods of production of polymer materials are also considered.

Keywords: polymers, composite, space instrumentation, materials, external influencing factors, requirements for composites.

1674