Главная Наука и технологии В России впервые создано устройство для сверхточного измерения деформаций в «космических» условиях

В России впервые создано устройство для сверхточного измерения деформаций в «космических» условиях

0
0
4

Ученые из Института физики им. Л.В. Киренского Сибирского отделения РАН разработали ячейку для исследования свойств материалов при температурах, близких к абсолютному нулю. Такой «дилатометр» сможет исследовать поведение углепластиков, клеев и металлических деталей, которые используются для создания внеземных аппаратов, таких как, например, космический телескоп «Миллиметрон». Соответствующая статья опубликована в Technical Physics Letters.

При изменении условий окружающей среды материалы деформируются. Скажем, металлы при нагревании расширяются. Магнитные материалы подвержены магнитострикции — их размеры меняются вслед за колебаниями состояния намагниченности. Пьезоэлектрические материалы под действием электрического поля также испытывают механические деформации. Космос отличается от Земли тем, что там любое изделие подвергается не только перепадам температур, но и действию вечно меняющихся магнитных, а иногда и электрических полей. Именно поэтому особо высокие требования к устойчивости материалов предъявляются при проектировании космических аппаратов. Разработчики должны точно знать, как поведет себя тот или иной материал при разных внешних условиях.

Особенно важно это сегодня, когда начинается внедрение новых для космоса материалов, таких как углепластик, из которого планировалось делать новый российский космический корабль «Федерация» (впрочем, технологические трудности пока заставляют делать его из металлов). Из того же углепластика SpaceX сегодня строит топливный бак для BFR, на которой в 2020-х годах планирует послать миссию на Марс.

Авторы новой работы разработали и запатентовали уникальную измерительную ячейку, предназначенную для решения как раз этой проблемы. Их устройство называется дилатометр, и он с крайне высокой точностью измеряет сверхмалые деформации твердых образцов в диапазоне температур от -270 до +80 градусов Цельсия.

Основа устройства — емкостный конденсатор, который имеет две плоские обкладки. Одна из обкладок — неподвижная, а другая подвешена на специальной мембране и может смещаться. Исследуемый материал помещается в ячейку, где подвижная обкладка емкостного датчика соприкасается с образцом. Подвергаясь внешнему воздействию — температурному или какому-то еще, образец изменяет свои размеры, что приводит к смещению подвижной обкладки конденсатора. Емкость конденсатора зависит от расстояния между обкладками, а значит, при любой деформации тестируемого материала она меняется. Полученный сигнал пересчитывается в коэффициент линейного расширения. Это первый в России прибор такого уровня точности.

Подобные измерительные ячейки не производятся массово. Обычно их создают под конкретную установку. В данном конкретном случае работа красноярских ученых была связана с созданием российского космической телескопа «Миллиметрон». Он сможет изучать дальний и ближний космос в миллиметровом и инфракрасном диапазоне и станет первым космическим телескопом таких размеров в этом диапазоне (до 10 метров).

В настоящее время разработчики из Красноярска планируют усовершенствовать дилатометр. Сейчас устройство показывает только продольные изменения размера. После доработки оно сможет изучать состояние материала и по поперечной оси, что позволит перейти от «плоского» к объемному представлению о поведении изделия в космосе.

Созданный в рамках космического проекта прибор может найти применение и вне космоса. С его помощью можно изучать мультиферроики — материалы, которые изменяют свои свойства под действие магнитного и электрического полей. Из них в теории можно делать высокочувствительные датчики переменного магнитного поля и СВЧ-генераторы и фильтры.

Источник

Загрузить больше публикаций
Загрузить еще от Денис Владимиров
Загрузить еще в Наука и технологии

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.