Разработка и создание научно-исследовательского комплекса для экспериментов в космосе в области нано в общероссийском формате
Организаторы и научные партнеры

НАНОЗОНД-1
так назван этот первый в мире космический сканирующий зондовый микроскоп


Актуальность
Околоземное пространство заполнено космическим мусором, в том числе в виде нано- пыли. Научно-исследовательский комплекс позволяет исследовать состав этой пыли и найти чистые орбиты. Это необходимо для того, чтобы во время полета спутников было меньше риска столкновений с космическим мусором и, как следствие, сокращения поломок техники в космическом пространстве

Активное освоение космоса требует разработки новых материалов для создания космических аппаратов. Лучше всего и достовернее всего испытывать эти материалы в реальном космосе, а не на Земле в установках, которые лишь отчасти имитируют космические воздействия - солнечный ветер, радиацию, рентген, частицы высокой энергии.

Цели

- предполётная тренировка исследований на первом в мире научно-исследовательском спутнике «Нанозонд-1» с двумя сканирующими туннельными микроскопами на борту


- создание аварийной системы визуальной индикации температуры спутника в космосе


- разработка системы приема кадров школьниками образовательных центров всей России

Задачи

- освоить работу космического сканирующего туннельного микроскопа


- освоить работу с термическим напылением и с плазмой


- сделать предварительный отбор на стойкость

предоставленных на отправку в космос образцов:

воздействовать на образцы графена плазмой, на полимеры воздействовать ультрафиолетом,

посмотреть стойкость кремния, облученного в реакторе нейтронами и в ускорителе электронами


- изучить конструирование электронных схем и создать аварийный маяк для прототипа спутника


- рассчитать и изготовить квадрифилярную антенну, и научиться принимать кадры со спутника


Как все осуществлялось?
Исследования
Этот этап делится на 3 направления: графен, полимеры и кремний.
Основная цель исследования этих образцов - испытание материалов в условиях влияния на них определенных сымитированных космических воздействий (солнечный ветер, ультрафиолетовое излучение, радиация, частицы высокой энергии)
Конструирование
Мы произвели расчёт квадрифилярной антенны на частоту 137 МГц для приёма информации с метеоспутников (NOAA-15, NOAA-18, NOAA-19). Сделали три антенны, отличающиеся углом изгиба трубок, приняли несколько кадров благодаря ним и написали инструкцию по приему кадров со спутника для школьников всей России
Электроника
Мы познакомились с логическими микросхемами и самыми современными элементами электроники (чип-резисторами, чип-конденсаторами, чип-транзисторами), изучили принципы их работы. Затем мы создали схему маяка, нарисовали печатную плату, изготовили ее на заводе, спаяли и отладили ее в работе

Исследования

Графен

Мы вырезали из одного образца два кусочка графена, один из них обработали плазмой, и сравнили по рельефу с необработанным. Активное травление графена плазмой, как и предполагали в Военной академии связи, уменьшилось при покрытии графена вольфрамом.

Кремний
Мы провели исследования прошедших облучение нейтронами и электронами образцов, сделанных по технологии «кремний на изоляторе». Она отличается повышенной радиационной стойкостью, необходимой для космоса. Обнаружено возникновение трещин на образцах, прошедших как нейтронное, так и электронное облучение.

Полимеры
Мы также исследовали изменение структур поверхности полимеров, обладающих смектической жидкокристаллической фазой. Поверхность структур, выстроившихся в ней, при облучении ультрафиолетом по мощности сравнимым с солнечным, плавятся до жидкой фазы, и потом быстро застывают, не успевая выстраиваться заново. Из-за этого чем дольше мы светим ультрафиолетом, тем более гладкой становится поверхность образца.

Конструирование
Мы произвели расчёт квадрифилярной антенны на частоту 137 МГц для приёма информации с метеоспутника и разметили предоставленный нам материал для большой и малой дуг, а также для центрального стержня и балуна.
Работая в мастерской, мы согнули в необходимую форму алюминиевые трубки, рассверлили центральный стержень, вставили и закрепили дуги, спаяли перемычки из серебряных проводов и соединили дуги в схему резонаторов. И в итоге сделали три опытных экземпляра антенн, которые показали замечательные результаты.

Электроника

Мы познакомились с самыми современными элементами электроники – чип-резисторами, чип-конденсаторами, чип-транзисторами, а также логическими микросхемами и принципами работы всех этих элементов. Мы разобрали работу схемы маяка для установки на прототип спутника. Он будет мигать нам разной частотой в зависимости от температуры, чтобы мы понимали связан ли с ней сбой работы спутника. Мы освоили программу конструирования электроники, разработали и отдали платы в производство на завод Протон, потом спаяли их и запустили их в работу.


Экономика
Затраты
—Платформа спутника с запуском - 2,1 млн руб.
—Сдвоенный зондовый микроскоп СММ-2000 - 4,2 млн руб.
6,3 млн руб.
на 2 года полета
Аналог
—Исследования образцов на стойкость в земных установках (ТОКАМАК, Линейные ускорители заряженных частиц, Атомные реакторы)
120-800 млн руб.
за 2 года
Бонус
—Стоимость добытой информации о высоте чистых от пыли орбит
от 100 млн руб.

Результаты

Прошли предполётную подготовку к исследованиям на первом в мире научно-исследовательском спутнике «Нанозонд-1» с двумя сканирующими туннельными микроскопами на борту

Исследовали стойкость предоставленных образцов с целью отбора кандидатов на полёт, оформили научные отчёты для публикаций по этим исследованиям

Разработали и сделали опытный экземпляр аварийной системы визуальной индикации температуры спутника в космосе

Разработали систему приема кадров школьниками образовательных центров всей России


Команда проекта
Борис Альбертович Логинов
Руководитель проекта
b_loginov@mail.ru
Московский институт электронной техники, кафедра квантовой физики и наноэлектроники, нач. лаборатории; АО Завод ПРОТОН, ведущий конструктор
Илья Витальевич Оразов
Соруководитель проекта
ilordash@mail.ru
Московский институт электронной техники, бакалавр; АО Завод ПРОТОН, техник-конструктор
Артем Борисович Логинов
Соруководитель проекта
loginov.ab15@physics.msu.ru
Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Физический факультет, аспирант; АО Завод ПРОТОН, инженер-конструктор
Диана Викторовна Ошуркова
Стажёр
diana.oshurkova@mail.ru
Адыгейский государственный университет, Факультет естествознания, бакалавр
Юрий Вадимович Хрипунов
Методист направления Нанотехнологии
phyrexia@yandex.ru
Студенты Образовательного центра «Сириус»
Антон Первых
Орёл
pervantrom@gmail.com
Варвара Кириллова
Москва
uctasili@yandex.ru
Данил Блинников
Орёл
blinnikovdanil@yandex.ru
Екатерина Ляшко
Гатчина
ea.lyashko@gmail.com
Всеволод Макеев
Орёл
sevulek06@gmail.com
Владислава Второва
Астрахань
vlada_vtorova@mail.ru