Создание прототипа первого в мире спутникового сканирующего зондового микроскопа для исследований в космосе в области «нано»
НАН
ТЕХНОЛОГИИ

Наши партнёры







Военная академия связи имени С.М.Будёного
Проблема и актуальность
Актуальность проекта в том, что освоение космического пространства становится всё более активным, и надо разрабатывать всё более стойкие материалы для космических аппаратов. Тонкий материал солнечного паруса должен выдерживать потоки солнечного ветра из ионов со скоростями до 200 км/с. Одновременно с этим, есть орбиты, на которых образовалось много пыли от столкновений спутников, и надо знать, какие это орбиты, чтобы обходить их. Иллюминаторы космических аппаратов могут стать мутными из-за этой пыли, скорость которой достигает 20 км/с. Интерес также представляют нано-метеориты размером 100 нм и менее, которые имеют скорость до 100 км/с и образовывают кратеры в корпусах космических аппаратов. Поэтому у нас и возникла идея запустить в космос микроскоп с большим увеличением в виде спутника, который просмотрит за 2 года, пока не сгорит в плотных слоях атмосферы, ситуацию на всех орбитах, начиная с высоты примерно 500 км.

Создание прототипа
Изучили строение и работу зондового микроскопа, и даже разобрали и собрали эти микроскопы до винтиков
Научились работать с плазмой на вакуумно-плазменной установке, чтобы исследовать стойкость материалов к космической плазме
Разрабатываем программу быстрого поиска упавших наночастиц
Пересобрали компьютер с учётом требований бесшумности и автономности питания
Сделали систему питания спутника на солнечных панелях
Сконструировали модель будущего прототипа спутника в программе «КОМПАС 3D»

Разработали электронные печатные платы и сделали генератор сигналов как у первого спутника

Собрали прототип первого в мире спутникового микроскопа
Исследования материалов
Обнаружено, что даже графен сильно разрушается плазмой, аналогичной солнечной. Появляются области разрушения глубиной более 400 нанометров. Необходимо продолжить работы по совершенствованию материалов из графена.

Графен
(Военная академия связи имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного)
До воздействия плазмой:
После воздействия плазмой:
В висмуте, как одном из примеров металлов, при воздействии плазмы обнаруживается исчезновение слоистости поверхности, образование мини-кратеров, затем появление больших круглых образований и террас. Размер образующихся дефектов достигает 4-х микрон в плоскости образца и высотой/глубиной до 400 нанометров.
Висмут
(образцы для проекта были предоставлены Орловским Государственным Университетом имени И.С. Тургенева)
До воздействия плазмы:
После воздействия плазмы:
После воздействия плазмой у структуры поверхности пьезокерамики появилась только раздробленность и слоистость. Надо отметить, что пьезокерамика оказалась самым стойким материалом к воздействиям, аналогичным космическим.

Пьезокерамика
(Научно-исследовательский физико-химический институт имени Л.Я. Карпова)
До воздействия плазмы
После воздействия плазмы
Поверхность полимера в темноте:
Поверхность полимера при воздействия импульсов лазера:
(образец предоставлен МГУ имени М.В.Ломоносова)
Полимер
Мы исследовали воздействие лазера на полимеры, которые хотелось бы применять для строительства космических аппаратов. Оказалось, что полимеры распухают при воздействии мощного света, однако возвращается в исходное состояние в темноте. Возможно, наблюдаемое нами распухание полимера на 350 нанометров не окажется критичным для космических аппаратов.

Стоимость запуска спутника
Стоимость спутника
Стоимость прототипа
Итого
(прототип нужен, чтобы понять, как всё должно быть устроено в лётной версии)
460 000 руб
4 200 000 руб
4 000 000 руб
8 660 000 руб
Т.к. в лётной версии будет 3 микроскопа, а полёт будет длиться 2 года, то:
8 660 000 / (3 * 2) = 2,9 млн. руб. -- за исследование в 1 год
Исследования материалов в условиях, приближенных к космическим: до 60 млн. руб. в год
Экономика проекта
Результаты
Проверены конструкторские решения путем сборки и испытаний всех систем прототипа спутникового зондового микроскопа. Определены оптимальные конструкторские решения для летной версии спутникового зондового микроскопа
Под действием плазмы и лазера на образцы висмута, графена, пьезокерамики и полимеров удалось зафиксировать различные изменения топографии их поверхностей. Подготовлены материалы для научных публикаций и обобщены параметры этих изменений. Сформированы технические требования к летной версии спутникового зондового микроскопа
Предложили развить новое направление экспериментальной физики - исследования стойкости наноструктур различных материалов к космическому воздействию непосредственно в космосе
Наша Команда
Логинов Борис Альбертович
Руководитель проекта
Илья Оразов
Соруководитель
Артём Борисович
Соруководитель
Юрий Вадимович
Методист направления "Нанотехнологии" смены "Большие Вызовы"
Олеся Игоревна
Стажёр
Ученики
Беспалова Елизавета

Липецк
В нашем проекте я выполняла множество ролей, основная из которых - это исследователь различных материалов на зондовом микроскопе, помимо этого я принимала участие во всех этапах сборки прототипа, а также оформлении сайта и презентации. Участие в смене Большие Вызовы дало мне очень много навыков, знакомств и целей на будущее. Благодаря этой смене я научилась паять, пилить, винтить, работать на СЗМ, конструировать и многое другое. А также эта смена подарила мне новых друзей из разных уголков России, с которыми мы обязательно будем поддерживать связь и видеться несмотря на расстояние.

В проекте я выполняю роль техника-конструктора. Я отвечал за сборку прототипа и его работоспособность. Во время проекта я научился создавать электронные платы, работать на вакуумно-плазменной установке и обрабатывать кадры, полученные на сзм.Я открыл для себя новую область и способы изучения космоса.

Астрахань
Ванькаев Александр

Новосибирск
Сапрыкин Михаил

Орёл
Метальников Никита

В проекте я выполнял много ролей, но основная из них была программист. Я писал программу для спутника, с помощью которой он определяет, какой участок на образце нужно сканировать. Это мой первый совместный проект, и я рад, что в него вступил. Спасибо, Сириус!
В проекте я выполнял роль техника-конструктора, отвечал за пайку солнечных панелей. Также я изучал воздействия плазмы на образцы графена, фотографировал и обрабатывал полученные кадры в специальных приложениях. Я открыл в себе новые способности и я очень рад этому.
В нашем проекте на меня легло создание 3D модели прототипа нашего спутника в программе КОМПАС-3D, а также я выполнял ведущую роль в подготовке материалов и сборке самого прототипа. Помимо этого я провел исследование образца висмута на зондовом микроскопе в атомно-силовом режиме и получил интересные результаты. В результате я приобрел много новых знаний при работе с инженерными программами, при работе на зондовом микроскопе и в принципе при работе в команде, чему я очень рад!
Наночастицы, космос, микроскоп, плазма... и все это наш проект, над которым мы трудились целой командой. Когда я узнала, что буду работать над этим проектом, я не ожидала, что научусь пилить, сверлить, винтить, конструировать, работать с плазмой, паять и многое другое. В проекте я являюсь исследователем. Моими задачами были работа с плазмой на вакуумно-плазменной установке, исследование и анализирование материалов в сканирующем зондовом микроскопе. Во время работы над проектом нас научили мыслить креативно и на перспективу, а также работать в команде
Бийск
Лопатин Андрей

Клюкина Екатерина
Астрахань
Контакты
Логинов Борис Альбертович: b-loginov@mail.ru
Елизавета Беспалова: eliz.b2005@yandex.ru
Никита Метальников: nkarbofos@gmail.com
Екатерина Клюкина: katerina-klyukina@mail.ru
Александр Ванькаев: s.vankaev14@gmail.com
Михаил Сапрыкин: misha2015sap@gmail.com
Андрей Лопатин: andrey.lopatin.04@mail.ru