Космическое материаловедениеНИР

Space materials science

Источник финансирования НИР

госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию)

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 января 2015 г.-31 декабря 2015 г. Космическое материаловедение
Результаты этапа:
2 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. Космическое материаловедение
Результаты этапа: 1. Выполнены экспериментальные и расчетно-теоретические исследования воздействия кислородной плазмы на полимеры и полимерные композиты с наноразмерными и микроразмерными наполнителями различного состава. Показано, что предварительное облучение полимерных пленок протонами с энергией 500 кэВ создает в них радиационные дефекты, увеличивающие потери массы пленок при последующем воздействии кислородной плазмы. 2. Проведен сопоставительный анализ компьютерных программ для моделирования электризации реальных космических аппаратов. 3. Предложен и реализован метод численного моделирования метрологических характеристик телескопических детектирующих систем, применяемых на космических аппаратах для регистрации электронов и протонов высокой энергии. 4. Экспериментально исследовано изменение структуры поверхности защитных стекол солнечных батарей космических аппаратов под действием электронов с энергией 20 кэВ, характерной для горячей магнитосферной плазмы. 5. Получены первые рузультаты по разработке и исследованию новых нанокомпозитных материалов космического применения на полимерной основе и наполнением углеродными нанотрубками для а) новых теплопроводящих и электропроводящих покрытий; б) новых ударостойких покрытий. 6. Разработаны новые подходы к созданию высокочувствительных сенсоров магнитного поля на основе структур спинтроники для устройств космической автоматики.
3 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. Космическое материаловедение
Результаты этапа: 1. С помощью созданного в НИИЯФ МГУ программного комплекса Coulomb-2 проведено компьютерное моделирование движения вторично-эмиссионных электронов в собственном электрическом поле дифференциально заряженного космического аппарата и динамики его заряжения в горячей магнитосферной плазме. Выявлены закономерности возврата электронов в окрестность точки вылета с поверхности и попадания на другие элементы конструкции аппарата. Показано, что характерное время дифференциального заряжения космического аппарата на геостационарной орбите составляет ~ 10^3 с. 2. Завершена обработка результатов уникального эксперимента Компласт на борту Международной космической станции (МКС) по экспонированию в открытом космосе на протяжении 11 лет образцов различных материалов с последующим их возвращением для лабораторных исследований. Получен обширный массив данных по воздействию факторов космического пространства на материалы, частью которого являются данные о потоках метеорных частиц и частиц космического мусора на орбите МКС. Последняя группа данных использована при обработке результатов длительных измерений (1978-2011) потоков микрочастиц естественного и искусственного происхождения на орбитальных космических станциях. 3. Исследованы спектроскопическими методами полиимидные пленки, подвергнутые совместному облучению протонами с энергией 500 кэВ при флюенсах 10^15–10^16 см^–2 и атомарным кислородом при флюенсе ~10^20 см^–2. Установлено, что в результате указанного обучения происходит значительное снижение коэффициента пропускания пленок в оптическом диапазоне. На основании сопоставительного анализа спектров комбинационного рассеяния света (КРС) и рентгеновских фотоэмиссионных (РФЭ) спектров выявлено заметное снижение в образцах числа C-N и C=O связей и возникновение карбонизации приповерхностных слоев полимера. Последующее облучение образцов атомарным кислородом приводит к частичному восстановлению оптических свойств материала. 4. Применительно к условиям эксплуатации материалов в околоземном космическом пространстве выполнено математическое моделирование реакций взаимодействия сверхтепловых атомов кислорода с полиимидом, сопровождающихся образованием летучих продуктов СО2, СО, ОН, О, Н. Рассчитана вероятность протекания реакций, зависящая от места попадания атомов кислорода в полимерное звено. Для реакций с образованием молекул СО2 и СО, дающих основной вклад в потерю массы полимеров, вероятность наиболее высока при попадании налетающего атома кислорода в область расположения имидной группы в мономере полиимида. На основе квантовомеханических методов выполнено компьютерное моделирование воздействия атомарного кислорода на наноструктуры из углерода и нитрида бора. Полученные результаты могут быть использованы для оценки стойкости материалов к воздействию атомарного кислорода в околоземном космическом пространстве. 5.Исследована деградация ячеек SRAM, разработанная в 65 нм объемной CMOS-технологии, на борту космического аппарата на низкой околоземной орбите. Проанализированы радиационные условия на орбите. Предложен подход для оценки вероятности одиночных сбоев в результате воздействия тяжелых ионов, который позволил определить локализацию чувствительной области в ячейке памяти, ее устойчивости к сбоям, амплитуду и длительность токов и напряжений переходных процессов.
4 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. Космическое материаловедение
Результаты этапа: 1) С помощью электростатических спектрометров электронов и прото- нов горячей магнитосферной плазмы, установленных на геостационарном метеорологическом спутнике Электро-Л2, получены данные о дифферен- циальных энергетических спектрах частиц плазмы в диапазоне 0,04 – 11,03 кэВ на освещенных участках орбиты и при пересечении спутником тени Земли. По характерным отличиям двух групп спектров определены значе- ния потенциала металлического корпуса спутника и параметры окружаю- щей магнитосферной плазмы при различных уровнях геомагнитной актив- ности. Обработка экспериментальных данных выполнена с помощью про- граммного комплекса COULOMB, разработанного в НИИЯФ МГУ для мо- делирования электризации космических аппаратов.Результаты представ- лены в докладе Charging of Geostationary Satellite Electro-L2 in the Earth Shadow. Novikov L.S., Makletsov A.A., Sinolits V.V., Chirskaya N.P., Nikolsky E.V., Pakostina A.V., Bakutov A.E., Prokopiev Yu.M., Shilov A.M. Abstract PA- 2. Program of The 15th spacecraft charging technology conference, June 2018, Kobe, Japan. 2) При анализе функциональных сбоев в элементах мик- роэлектроники, вызываемых воздействием отдельных заряженных частиц, рассматривают два основных физических механизма инициирования сбоев: прямую ионизацию вещества микросхемы при торможении тяжелых ионов галактических космических лучей и ионизацию ядрами отдачи, возникаю- щими при ядерных взаимодействиях протонов радиационных поясов Зем- ли с атомами вещества микросхемы. Выполненные расчеты показали, что при уменьшении размеров микросхем до 50 – 60 нм критический заряд, необходимый для возникновения сбоя в микросхеме, может создаваться за счет торможения δ-электронов, т.е. при достаточно низких энергиях воз- действующих протонов. Сделанные оценки позволяют рассматривать мощ- ные импульсные фемтосекундные лазеры в качестве инструмента для экс- периментального исследования описанного механизма возникновения сбо- ев.Результаты представлены в трудах международной конференции: Моде- лирование радиационных эффектов в современных элементах микроэлек- троники. Галанина Л.И., Новиков Л.С. Труды XXVIII международной кон- ференции «Радиационная физика твердого тела», М: ФГБНУ «НИИ ПМТ», 2018, с. 492-498. 3)С помощью программного комплекса Visual TCAD прове- дено моделирование дозовых эффектов в перспективных КМОП устройствах для космических приложений.В работе основное внимание уделяется эф- фектам суммарной ионизирующей дозы (TID), вызванным накоплением за- рядов на диоксиде кремния, на интерфейсе подложки/диоксида кремния, на изолирующих каналах (STI) для высокоинтегрированных CMOS устройств, предназначенных для работы в условиях космического излучения. Модели- ровались, вызванные излучением на борту спутников LEO, токи утечки в NMOS-транзисторах технологического масштаба 130 нм и 65 нм. На основе результатов моделирования был проведен анализ устойчивости TID для глу- боких субмикронных технологий до 500 Kрад (Si). Исследована корреляция между технологическим масштабированием и TID устойчивостью в косми- ческой радиационной среде с использованием пакета Visual TCAD Genius. Результаты представлены в докладе M.N. Hanif, M. Sajid, N.G. Chechenin. Visual TCAD simulation of total ionizing dose effects on advanced CMOS devices for space applications. [4th International Conference and Exhibition on Satellite & Space Missions, June 18-20, 2018 | Rome, Italy], в журнале Journal of Aeronautics & Aerospace Engineering, том 7 (2018) с. 86 4) Для описания сбоев электроники космических аппаратов под действием быстрых протонов предложено расширить традиционную концепцию линейных потерь энергии. Влияние продуктов ядерных реакций на распределения поглощенной дозы и концентрации электрон-дырочных пар в кремнии учитывается на основе расчетов сечений ядерных реакций и современных методов моделирования прохождения быстрых ионов в среде. Работа доложена (устный доклад) на международной конференции. N.G. Chechenin, T.V. Chuvilskaya, A.A. Shirokova ELASTIC AND INELASTIC INTERACTIONS OF HIGH ENERGY COSMIC PROTONS WITH ON-BOARD SPACECRAFT ELECTRONICS Abstract book. Oral presentations. 10th International Symposium on Swift Heavy Ions in Matter - 28th International Conference on Atomic Collisions in Solids, Caen, France, 1-6 July 2018. P. T05.1-O4-234
5 1 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. Космическое материаловедение
Результаты этапа: 1) Датчики магнитного поля на основе GMR или спинового клапана имеют широкий спектр практических применений. Одним из них является использование в качестве устройства позиционирования в различных типах приводов. Здесь мы сообщаем о моделировании отклика магниторезистивного сопротивления структуры SV в различной геометрии позиционирования SV относительно магнитной контрольной метки. Модель включает в себя магнитную метку определенной формы, создающую неоднородное магнитное поле в трехмерном пространстве и движущуюся по прямой линии перед лицом устройства SV. Различное взаимное позиционирование метки-SV рассматривается. Рассчитана и проанализирована реакция микромагнитной конфигурации в ферромагнитных слоях и соответствующий магниторезистивный эффект СВ. 2)Установлено, что путем облучения углеродных нанотрубок потоками ионов, например, ионами аргона или гелия можно контролировать краевой угол смачиваемости и получать гидрофобные или гидрофильные покрытия. 3)Проведено изучение структурных и функциональных свойств полимерных композитных материалов на основе эпоксидных смол, армированных углеродными нанотрубками. Для образцов первого типа на основе эпоксидной смолы L и отвердителя 285 обнаружено возрастание ударной стойкости (увеличение ударной вязкости, локализация области деформации, улучшение устойчивости к образованию трещин) при значении 7% по массе содержания УНТ в матрице полимера. Изучена ударная стойкость при высокоскоростных воздействиях многослойных композитов, представляющих из себя многослойные структуры из стеклоткани и базальтовой ткани, пропитанные полимером на основе эпоксидных смол. Наилучшей конфигурацией композита является комбинация базальтовой ткани и полимера на основе эпоксидной смолы L с отвердителем 285. 4)Проведена оценка радиационных эффектов в бортовой электронике космических аппаратов при воздействии высокоэнергетических протонов на основе современных моделей ядерных реакций и программных кодов. Воздействие единичного события на бортовую электронику может происходить не только от прямой ионизации среды первичными протонами, но также от воздействия заряженных фрагментов ядерных реакций на чувствительные объемы электронных схем. Исследованы зарядовое, массовое и энергетическое распределения фрагментов ядерных реакций при столкновении протонов с ядром кремния в диапазоне энергий от 0,1 до 1 ГэВ. Расчеты проводились с использованием программных кодов EMPIRE и TALYS, и результаты сравнивались с результатами моделирования Монте-Карло.
6 1 января 2020 г.-31 декабря 2020 г. Космическое материаловедение
Результаты этапа:
7 1 января 2021 г.-31 декабря 2021 г. Космическое материаловедение
Результаты этапа:
8 1 января 2022 г.-31 декабря 2022 г. Космическое материаловедение
Результаты этапа:

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".