Международная космическая станция (МКС) — это сложный инженерный объект, который 24/7 работает в условиях радиации, вибраций и перепадов температур. Каждый слой в его обшивке несёт специализированную функциональную нагрузку, а помогают в этом полимеры. Но не только снаружи, но и внутри станции: одежда, скафандры, упаковки для еды и многое другое. Сегодня рассказываем, как космические композиты делают невозможное возможным.
Полимеры против радиации
Одна из главных угроз в космосе — ионизирующее излучение. На Земле нас защищает атмосфера и магнитное поле, а на орбите интенсивность облучения в сотни раз выше. Длительное воздействие ведёт к лучевой болезни и риску онкологических заболеваний.
Традиционный алюминий, из которого сделан корпус МКС, плохо справляется с высокоэнергетическими частицами. При ударе частицы о металл возникает «вторичное излучение» — поток нейтронов, которое ещё опаснее для человека.
Как помогают полимеры? Учёные выяснили, что материалы, богатые водородом, например, полиэтилен и его композиты, гораздо лучше тормозят радиацию и не создают вторичного излучения. Это происходит благодаря механизму упругого рассеяния:
- Быстрые нейтроны эффективно рассеивают энергию именно на лёгких ядрах;
- Частицы ударяются о ядра водорода, теряя энергию и замедляясь;
- После этого они поглощаются материалом и не приносят вреда;
- При воздействии ионизирующего излучения полиэтилен «подшивается», и при этом его свойства могут даже улучшиться, например, теплостойкость.
На российском сегменте МКС уже испытывают специальные полимерные композитные панели для обивки кают космонавтов. Они могут снизить радиационную нагрузку в несколько раз.
Температурные качели: от -150 °C до +150 °C
На орбите МКС подвергается экстремальным перепадам температур, которые зависят от того, освещена станция Солнцем или находится в тени Земли. Металлу сложно справиться с такой нагрузкой.
Решением стала экранно-вакуумная теплоизоляция (ЭВТИ), которая выглядит как золотистая или серебряная фольга. Она включает в себя от 10 до 40 слоёв защиты, состоящей из полимерных плёнок. Чаще всего используют полиимидную плёнку (каптон), покрытую алюминием. Преимущества каптона:
- Сохраняет гибкость и прочность при температурах от −269 °C до +400 °C;
- Работает как термос: каждый слой отражает до 95–98% теплового излучения обратно. Вакуум между слоями исключает передачу тепла через воздух.
Для самого внешнего слоя используют плёнку из поливинилфторида (ПВФ), который успешно выдерживает воздействие интенсивной космической радиации, защищая чувствительные компоненты кораблей. А также обеспечивает быстрый отклик на изменение температур, низкую инерционность и механическую защиту.
Космический гардероб
Внутри станции космонавты ходят в обычной одежде, которая, кстати, тоже включает в себя полимерные волокна. Но для работы в открытом космосе нужен скафандр.
Это чудо инженерной мысли почти целиком состоит из полимеров: кевлара, полиамида, полиуретана, полиэтилентерефталата, каптона и других. Все вместе они надёжно защищают пилота от космической радиации, микрометеоритов и перепадов температур в космосе.
Обед по расписанию
Доставить груз на МКС стоит космических денег, поэтому еда должна храниться долго, быть лёгкой и не занимать много места. Тюбики уже давно ушли в прошлое. Сейчас для упаковки используют сложные многослойные полимерные материалы. Обычно это комбинация полиэтилена (или полипропилена) и специального барьерного слоя, например, полиамида или фольги, который не пропускает кислород, свет и влагу. Такая реторт-упаковка выдерживает стерилизацию, позволяет долго хранить продукты без холодильника, отличается компактностью и подходит для разогрева еды даже в условиях МКС.
Всё о науке в СИБУРе — на сайте.
Познакомиться с работой центра прикладных разработок СИБУР Полилаб, специализациях площадок в городах присутствия, типах исследований и доступном оборудовании можно на платформе. Также на ресурсе доступны вебинары и обучающие курсы.