Из серии «100 открытий УрФУ»
Разработка: бесконтактные малогабаритные датчики тока для ракеты «Союз»
Год: 2000
Авторы: Владимир Васьковский — заведующий кафедрой магнетизма и магнитных наноматериалов УрФУ, Михаил Миляев — старший научный сотрудник Института физики металлов УрО РАН, Лазарь Ромашев — ведущий научный сотрудник Института физики металлов УрО РАН, Евгений Сычугов — заместитель генерального директора ЗАО «Научно-производственный комплекс «ВИП», Владимир Устинов — директор Института физики металлов УрО РАН, Леонид Шалимов — генеральный директор ФГУП «НПО автоматики имени академика Н. А. Семихатова» 1997-2016 гг.
Разрыв цепи
По фильмам и телевизионным трансляциям мы представляем, насколько сложный механизм создают ученые и инженеры, чтобы отправить человека и оборудование в космос. Здесь перепроверяют каждый шаг, поэтому система ракеты буквально нашпигована всевозможными датчиками. Среди них — датчики тока, они контролируют электрический ток в многочисленных кабелях и тем самым в непрерывном режиме помогают проверять работоспособность всех систем корабля.
«Раньше, чтобы подключить датчик к кабелю, приходилось разрывать цепь — иначе не получалось, — поясняет Леонид Шалимов, почти 20 лет руководивший «НПО автоматики им. академика Семихатова» — крупным предприятием Роскосмоса. А любой разрыв соединения — это новые риски. Поэтому я искал бесконтактный датчик, который бы давал точные показания, если просто приложить его к кабелю, и когда увидел разработку ученых кафедры магнетизма УрГУ (ныне УрФУ), не поверил глазам».
Магниточувствительный миллиметр
Ученые УрФУ работали над важным элементом нового прибора — сенсором (магниторезистивным преобразователем), который давал датчику возможность фиксировать магнитное поле у поверхности кабеля и по нему определять силу тока. Требования к сенсору были самые строгие: не просто суперкомпактный (площадь 1 мм2 ), он должен иметь широкий диапазон измерений, работать в условиях вариации температуры, быть устойчивым к радиации, и самое главное — с минимальной погрешностью фиксировать, преобразовывать и передавать данные.
Уникальность сенсора — в его дизайне и свойствах структурных элементов. В плоскости — это совокупность четырех наклонных меандров, а по толщине — это пирог — наноструктура из четырех функциональных слоев, оптимальное сочетание которых и подобрали ученые УрФУ.
Все дело в пленке
Магнитный материал с необходимой структурой создали с помощью современных пленочных технологий, когда на специальной установке металл распыляется до атомарного состояния, а затем осаждается на кремниевую подложку, формируя нужные слои толщиной несколько нанометров. Сейчас свои среды для магнитных сенсоров на кафедре магнетизма и магнитных наноматериалов делают и студенты.
Бесконтактные малогабаритные датчики тока успешно запустили в производство и стали устанавливать на ракетах «Союз». А разработчики миниатюрного прибора стали лауреатами премии «Татищева и де Геннина».
В мире
Неполадка в электросети стала причиной недавней аварии новозеландской ракеты-носителя Electron . 4 июля 2020 года космический корабль потерпел крушение через 340 секунд после взлета. Позже выяснилось, что причиной аварии стали проблемы в одном из электрических соединений. Во время полета в соединении постоянно прерывался контакт, из-за этого повысилось сопротивление, и вокруг проблемного соединения нагрелся участок. Следом расплавилась полимерная смола, обеспечивающая крепление и изоляцию, и зафиксированные ей провода просто отвалились, нарушив электропитание двигателя.
Сценарий аварии разработчики ракеты воспроизвели в наземных условиях и разработали дополнительные испытания, чтобы избежать повторения инцидента.
УрФУ — один из ведущих вузов России со столетней историей. Расположен в Екатеринбурге — столице Всемирных летних студенческих игр 2023 года. В Год науки и технологий примет участие в конкурсе по программе «Приоритет–2030». Вуз выполняет функции проектного офиса Уральского межрегионального научно-образовательного центра мирового уровня (НОЦ).