Ученые предложили создать системы причаливания и стыковки космических летательных аппаратов из сверхпроводящей пены и магнитов. Это значительно упростит процесс и позволит автоматизировать его.

Коллектив ученых, в который вошли вошли специалисты из Германии, Франции, Японии и России, в том числе Красноярского научного центра (КНЦ) СО РАН, предложил использовать для создания стыковочных спутниковых систем сверхпроводящую пену и магниты. Сейчас объемные сверхпроводящие материалы используют для создания эффекта левитации, разработки технических устройств электродвигателей и генераторов или в сверхпроводящих постоянных магнитах.

"При соединении сверхпроводника с магнитом в сверхпроводящем материале происходят процессы, которые пассивно стабилизируют положение и ориентацию магнита, поэтому активное управление процессом стыковки не требуется. Это позволяет создать простую и эффективную систему стыковки с дистанционным управлением, подходящую под потребности миссии космического аппарата. Такие устройства могут использоваться, например, для стыковки космических аппаратов, в системах сбора космического мусора и микрометеоритной защиты", — рассказал доктор физико-математических наук старший научный сотрудник Института физики им. Л.В. Киренского ФИЦ КНЦ СО РАН Денис Гохфельд.

Иными словами, как пояснили в КНЦ, сверхпроводящие магниты позволяют быстро "включить" все сверхпроводящие элементы и создать магнитное поле. И также быстро отключить его.

"Это делает процесс расстыковки намного проще: достаточно просто "включить" сверхпроводимость, чтобы бесследно стереть все магнитные сигналы. А процесс стыковки упрощается за счет больших магнитных полей, которые могут быть созданы магнитом", — пояснили в научном центре.

Результаты исследования опубликованы в журнале IEEE Transactions on Applied Superconductivity.

Вместе с тем, ученые считают целесообразным использование сверхпроводящей пены и при создании спутников. По мнению специалистов, это позволит уменьшить вес системы и убрать ограничение размера сверхпроводящих элементов, а также увеличит грузоподъемность космических аппаратов.

"Сверхпроводящие пены практически не имеют ограничений в размере и при этом обладают стабильным, однородным и достаточно сильным магнитным полем. В то же время они в десять раз легче обычных сверхпроводящих материалов, что важно для космических аппаратов", — сообщила пресс-служба Красноярского научного центра СО РАН.

Тем временем Томский политехнический университет (ТПУ) в начале мая завершил разработку первого российского 3D-принтера для работы в космосе по заказу ПАО "РКК "Энергия".

"Два летных образца принтера переданы заказчику. По информации Роскосмоса, один из них будет отправлен на Международную космическую станцию (МКС) уже в июне 2022 года. С его помощью российские космонавты смогут делать детали, необходимые для работы с оборудованием станции. А второй образец останется на Земле", — сообщили в пресс-службе университета.

Разработка устройства заняла чуть больше трех лет. Нужно было сделать аппарат, который позволит оперативно и непосредственно на станции создавать нужные космонавтам небольшие детали, чтобы их не пришлось доставлять с Земли.

"Главный научный и инженерный вызов заключался в том, что 3D-печать в невесомости отличается от земных условий. При печати на Земле гравитация вносит существенный вклад в склеивание слоев при послойном формировании детали. Отсутствие гравитации требует изменений и в технологии, и в конструкции принтера", — добавили в ТПУ.

В итоге инженеры собрали прибор размером с небольшой аналоговый телевизор. Вся конструкция принтера блочно-модульная, а компоненты расположены в едином корпусе. Принтер печатает нужный объект из термопластичных полимеров по заданной 3D-модели. Детали, изготовленные таким образом, получаются очень прочными, но при этом легкими. Рабочая камера принтера, в которой происходит процесс печати, полностью герметична. Она оснащена системами терморегулирования, вентиляции, циркуляции и очистки воздуха. Как пояснили в ТПУ, это важно для удаления продуктов термического разложения пластика из атмосферы рабочей камеры и обеспечения безопасности экипажа станции. В обычных принтерах такие элементы не предусмотрены.

"На самой разработке участие томских политехников в проекте не закончится. В будущем мы планируем участвовать в обучении космонавтов 3D-печати, работе с устройством. А когда эксперимент будет проходить непосредственно на борту МКС, планируется, что политехники будут участвовать в обработке результатов", — сообщил и.о. ректора ТПУ Дмитрий Седнев.

Программное обеспечение для "космического" 3D-принтера разрабатывали уже специалисты Томского государственного университета (ТГУ).

"Разработанное учеными и инженерами ТГУ программное обеспечение для первого российского космического 3D-принтера позволит участникам космических экспедиций выйти на новый уровень выполнения задач в космосе — с использованием аддитивных технологий", — цитирует пресс-служба вуза ректора ТГУ Эдуарда Галажинского.

Как сообщалось, ТПУ и "РКК "Энергия" заключили соглашение о создании первого российского 3D-принтера для космоса. Сначала был разработан макет, который должен был пройти ряд испытаний: вибрационных, климатических и других.

А ученые Самарского национального исследовательского университета (СНИУ) им. Королева разработали роботизированный комплекс для спасения космонавтов, оказавшихся в открытом космосе без страховочного крепления к борту космической станции. По замыслу разработчиков, специальный наноспутник-спасатель отправится вдогонку за улетающим от станции космонавтом и возьмет его на буксир.

"Учеными Самарского университета им. Королева разработан и запатентован роботизированный наноспутниковый комплекс спасения космонавтов. Наша разработка может устанавливаться на борту орбитальных станций и предназначена для спасения космонавта, оказавшегося во время работ в открытом космосе в опасной ситуации — с отстегнувшимся страховочным фалом", — цитирует пресс-служба заведующего межвузовской кафедрой космических исследований Игоря Белоконова.

Спасательный комплекс включает в себя автоматизированную систему управления, высокоточное пусковое следящее устройство, электромеханическую лебедку с запасом спасательного троса, устройство отделения наноспутника и сам наноспутник с блоком маневрирования.

"При потере космонавтом контакта с кораблем роботизированный наноспутниковый комплекс автоматически или по команде космонавта-наблюдателя активирует режим "спасение" и оперативно рассчитает оптимальную траекторию перехвата космонавта, после чего запустит по рассчитанной траектории перехвата наноспутник-спасатель, доставляющий космонавту спасательный трос. Подлетев к космонавту, наноспутник автоматически или с помощью космонавта в ручном режиме произведет стыковку со скафандром, блок маневрирования компенсирует вращение космонавта, после чего включится лебедка, наматывающая трос, и спасаемый космонавт будет доставлен на борт корабля", — отметил Белоконов.

По его словам, в ближайшее время Самарский университет им. Королева планирует направит в Роскосмос предложение о включении роботизированного наноспутникового комплекса в структуру будущей орбитальной станции РОСС, которая должна будет прийти на смену МКС.