Научно-исследовательский институт ядерной физики имени Д.В. Скобельцына
Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова

Лаборатория космического материаловедения

Лаборатория космического материаловедения (ЛКМ) создана в 1965 году. Первым руководителем ЛКМ был доктор технических наук, профессор Анатолий Иванович Акишин. В настоящее время ЛКМ возглавляет доктор физико-математических наук, профессор Лев Симонович Новиков.

Создание ЛКМ в свое время позволило организационно оформить существовавший коллектив исследователей (Л.И. Цепляев, Ю.И. Тютрин, Г.Т. Соловьев, В.И. Титов, Т.С. Бессонова, С.К. Гужова и др.) и привлечь ряд молодых сотрудников, что дало возможность направить все усилия на развитие специализированной экспериментальной базы. Если первые лабораторные имитационные эксперименты проводились на уже действующих установках НИИЯФ МГУ – на электромагнитном сепараторе и циклотроне, - то по мере развития исследований и усложнения решаемых задач, в ЛКМ были разработаны и введены в эксплуатацию оригинальные экспериментальные установки для имитации воздействия разнообразных факторов космического пространства на материалы, в частности:
- высокочастотный газоразрядный имитатор ионосферной плазмы;
- имитатор ультрафиолетового излучения Солнца;
- ускоритель твердых микрочастиц для имитации микрометеорных потоков и марсианской пыли;
- установка для изучения комплексного воздействия факторов космического пространства.

В настоящее время исследования воздействия космической среды на космические аппараты проводятся в ЛКМ по следующим основным направлениям:
- разработка экспериментальных и математических методов моделирования взаимодействия космических аппаратов с окружающей средой;
- исследование стойкости перспективных материалов космической и атомной техники;
- изучение электризации космических аппаратов при взаимодействии с окружающей средой;
- исследование процессов формирования объемного заряда в диэлектриках и электроразрядных явлений;
- изучение распыления материалов газовыми и плазменными потоками;
- лабораторное моделирование высокоскоростных соударений космических аппаратов с микрометеорными частицами;
- проведение космических экспериментов по изучению стойкости материалов.

Уже ко второй половине 1960 годов были получены важнейшие результаты в этой новой тогда области, признанные у нас в стране и за рубежом. Предложены и осуществлены рекомендации по повышению радиационной стойкости материалов и элементов бортового оборудования космического аппарата. Результаты исследований, проведенных с 1962 по 1978 годы под руководством С.Н. Вернова и А.И.Акишина, вошли в цикл работ, удостоенных в 1979 году Государственной премии.

В начале 1980 годов по инициативе С.Н. Вернова в нашей стране были развернуты исследования электризации космических аппаратов при взаимодействии с магнитосферной плазмой. НИИЯФ МГУ было поручено возглавить работы по созданию физико-математической модели явления электризации. Разработка этой модели проводилась под руководством Л.С. Новикова и В.Н. Милеева с привлечением сотрудников ряда подразделений НИИЯФ МГУ и внешних организаций.

Помимо электризации космического аппарата, вычислительные методы широко применяются для моделирования собственной внешней атмосферы космического аппарата, исследования пространственного распределения поглощенной дозы космической радиации в материалах и элементах оборудования космического аппарата, изучения работы электроракетных двигателей и плазменных инжекторов на борту космического аппарата и решение других задач. Созданные расчетные модели широко используются при проектировании космического аппарата.

Результаты большого количества выполненных А.И. Акишиным с сотрудниками ЛКМ лабораторных экспериментов по изучению объемной электризации диэлектриков под действием потоков электронов и протонов позволили установить основные закономерности явления объемной электризации.

Создан магнитоплазмодинамический ускоритель кислородной плазмы с энергией частиц 20-100 эВ. На ускорителе были испытаны многочисленные материалы, применяемые на внешней поверхности космических аппаратов (полимерные пленки различного состава, стеклоткани, эмали и т.д.), а также специально защитные покрытия, позволяющие уменьшить распыление материалов кислородным потоком.

На электрическом ускорителе исследованы процессы повреждения материалов поверхности космических аппаратов, оптических элементов и фотоэлектрических преобразователей солнечных батарей ударами твердых микрочастиц, входящих в состав метеорной материи и «космического мусора».

Изучены явления образования плазмы, эмиссии электронов и ионов, инициирования электрических разрядов в вакууме и диэлектриках при высокоскоростном ударе.

Натурный космический эксперимент «Компласт» по изучению воздействия окружающей космической среды на материалы и оборудование космических аппаратов проводился на внешней поверхности борта орбитального комплекса «Мир» и затем продолжился на Международной космической станции. По некоторым материалам – резинотехническим, клеевым соединениям, углепластику со стекловолокном и покрытиям – получены первые положительные результаты. Помимо материалов в рамках эксперимента были использованы различные датчики. В частности, обработаны данные микрометеорного датчика, с помощью которого решались две задачи – изучение воздействия ударов твердых частиц на материалы и определение степени загрязненности космического пространства техногенными частицами. В итоге, данные эксперимента «Компласт» по количеству частиц искусственного происхождения в космосе оказались выше данных модельных представлений в полтора раза.

Эксперименты по измерению потоков твердых микрочастиц, выполненные на двух геостационарных космических аппаратах серии «Горизонт», позволили впервые в мире получить данные о степени засоренности геостационарной орбиты техногенными частицами.

На основании анализа результатов измерений на космических аппаратах «Горизонт», «Электро», «Метеор» потоков электронов и ионов магнитосферной плазмы в энергетическом диапазоне ~0,1-12 кэВ определены характерные значения электрического потенциала космических аппаратов в различных условиях, хорошо согласующиеся с разработанными моделями явления электризации.