Космические композитные материалы займутся самолечением

Полые стеклянные трубки, пронизывающие композитный материал (вверху слева). При повреждении трубки разрушаются, и жидкость растекается, заполняя трещину и затвердевая (рис. с сайта www.esa.int)

Экспериментальный конструкционный материал для космических аппаратов позволит вдвое продлить срок службы из их корпусов. Трещины и небольшие выбоины будут немедленно затягиваться специальным быстро твердеющим составом, не вызывая снижения прочности конструкции.

Корпуса космических аппаратов постоянно подвергаются воздействию резких температурных контрастов. Солнечные лучи могут разогреть поверхность до 100°C и выше. Попав в земную тень, аппарат начинает стремительно остывать. Даже простое вращение приводит к постоянным колебаниям температуры на поверхности аппарата. Постоянные перепады температур порождают напряжения в материале корпуса и ведут к появлению микротрещин.

Другой механизм космической эрозии — удары микрометеоритов. Речь не идет об объектах, способных причинить серьезные разрушения, — такие встречаются крайне редко. Однако космические пылинки и частицы космического мусора размером меньше миллиметра достаточно многочисленны и при скоростях в десятки километров в секунду вызывают постепенную деградацию конструкций.

Новый материал, разработанный в Европейском космическом агентстве (ESA), обладает повышенной устойчивостью к факторам космической эрозии благодаря способности самовосстанавливаться при повреждениях. При его создании разработчики вдохновлялись способностью живых тканей самостоятельно залечивать небольшие раны за счет эффекта свертывания крови.

Правда, свертывание крови происходит под действием воздуха, так что для космической техники пришлось использовать несколько иной подход. В композитный материал внедрили множество тончайших стеклянных сосудов внешним диаметром 60 микрон, а внутренним — 30. Сосуды заполнили двумя жидкостями, которые, подобно компонентам эпоксидной смолы, быстро затвердевают при смешивании. При возникновении трещины стеклянные сосуды разрушаются, и содержащиеся в них жидкости заполняют трещину. Скорость процесса такова, что жидкости не успевают испариться в условиях космического вакуума. Тем самым сразу пресекается дальнейшее распространение трещины — процесс, наносящий гораздо больший ущерб, чем сама трещина.

Образцы нового материала успешно прошли первые испытания в вакуумной камере. Тем не менее в пресс-релизе ESA отмечается, что работы находятся пока на самом начальном этапе. Предстоят еще многочисленные испытания, в первую очередь на прочность и температурную устойчивость. Так что практического применения самовосстанавливающихся материалов в космических аппаратах можно ждать не ранее, чем лет через десять. Тем не менее уже сейчас ESA считает, что новый материал позволит вдовое продлить время работы тех космических аппаратов, для которых эрозия является ограничивающим фактором.

См. также:
Will Knight, Spacecraft skin 'heals' itself, NewScientist.com, 23 января 2006 года.