Ученые установили отсутствие пыли на высоте 500 км
На фото выше: кадр с первого в мире космического зондового микроскопа размерами – поверхность золотого зеркала (8 мкм х 2 мкм) после четырех месяцев воздействия на него открытого космоса на высотах около 500 км. Изначально гладкая поверхность приобрела на наноуровне вид гор с ущельями глубиной более 30 нм, которые образовались от бомбардировки ионами солнечного ветра. Падение частиц пыли на этих высотах на зеркало не зафиксировано.
За полгода полета спутника «Нанозонд-1» с первым в мире космическим сканирующим зондовым микроскопом на борту ученые получили возможность непосредственно на орбите провести уникальные исследования – детально изучить воздействие космической среды на поверхность конструкций космических аппаратов и получить информацию о количестве пыли на орбитах. Пробные кадры наномикроскопа были переданы сразу после запуска спутника, а теперь, по результатам нескольких месяцев его работы, пришло время делать первые выводы о чистоте орбит.
«Недавно мы получили первый действительно результативный кадр, по которому можем говорить о результатах нашего исследования космоса – а именно, об отсутствии пыли. Пока на зеркало нашего микроскопа не попало ни одной пылинки! То есть, на высотах около 550 км над уровнем моря космос чистый», – подводит промежуточный итог работы спутника инициатор и один из руководителей проекта, начальник научной лаборатории МИЭТа и начальник отдела приборостроения завода «ПРОТОН», старший преподаватель Института интегральной электроники МИЭТ, автор идеи создания космического зондового микроскопа Борис Логинов.
Спутник «Нанозонд-1» с космическим сканирующим зондовым микроскопом (марки СММ-2000С) был запущен 27 июня с космодрома Восточный. Над его созданием несколько лет в инициативном порядке работала команда ученых и инженеров НИУ МИЭТ и завода «ПРОТОН», который является держателем патента на космические зондовые микроскопы. Запуск спутника с микроскопом на борту обеспечили специалисты Орловского государственного университета имени Тургенева на средства гранта Фонда содействия инновациям. Базой спутника стала платформа ООО «Спутникс».
Первый космический сканирующий зондовый микроскоп был создан для того, чтобы прямо на спутнике изучать воздействие космической среды на образцы, которые раньше доставляли на Землю для исследований, а также «ловить» пыль и анализировать содержание ее на орбитах Земли. Полированное золотое «зеркало», установленное на спутнике, играет роль ловушки для космических частиц – поскольку золото является мягким материалом, в него врезаются и застревают естественные метеориты и искусственная пыль. Их и сканирует зондовый микроскоп, передавая все данные на Землю.
Юрий Хрипунов, обеспечивший запуск микроскопа и реализующий образовательный проект со школьниками, Борис Логинов, автор и конструктор спутникового микроскопа, и два его сына, Артем Логинов, ведущий конструктор завода «Протон», сделавший электронику микроскопа, и Владимир Логинов, ведущий конструктор завода «Протон», сделавший программное обеспечение.
«Принцип работы зондового микроскопа заключается в том, что он очень острой иглой, с радиусом кончика на уровне одного нанометра, ощупывает поверхность и составляет ее трехмерный кадр с точностью до нанометра. Если на поверхность падает частица или если на поверхности образуются неровности из-за воздействия солнечной плазмы – все это «видит» микроскоп», – поясняет Борис Логинов.
Предполагается, что за два года полета микроскоп зафиксирует данные о частицах со всех пройденных спутником орбит: их состав, размеры и плотность, среднее их количество на каждой орбите. Эта информация представляет существенный интерес как для ученых, так и для инженеров сферы космонавтики.
«Наш спутник запущен на высоту 560 километров и в течение двух лет пройдет по всем орбитам, пока будет падать под воздействием земного притяжения, – говорит Борис Логинов. – За это время мы посмотрим, что творится на разных орбитах, проанализируем их пылевой и метеоритный состав – это и есть главная цель запуска. Сейчас неизвестно, какова текущая ситуация с космическими частицами, пылью и мусором на орбитах. Вокруг Земли летают тысячи спутников, многие из них уже неуправляемые, некоторые сталкиваются, поэтому орбиты запыляются разными частицами, и точные данные о них имеют большое значение».
Уникальность первого в мире космического зондового микроскопа – в его характеристиках: ученым удалось создать аппарат, выдерживающий космические перегрузки до 50g и потребляющий энергию мощностью не более 0,1 Ватта, чтобы он мог годами работать в космосе от солнечных батарей. В разработке был задействован 30-летний опыт конструирования зондовых микроскопов различного назначения, которым располагают специалисты НИУ МИЭТ и завода «ПРОТОН».
По словам разработчиков, планируется дальнейшее изготовление таких микроскопов для запуска их в составе различных спутников.
С 2021 года к проекту присоединились воспитанники Образовательного центра поддержки одаренных детей «Сириус» в Сочи – участники научно-технологической программы «Большие вызовы».
«В этом проекте строится уникальная образовательная инфраструктура, охватывающая все регионы России – открываются учебные курсы по зондовым микроскопам СММ-2000, строятся приемные антенны. Совсем скоро школьники всей страны начнут самостоятельно вести эксперименты на космическом микроскопе, принимать с него и анализировать данные», – рассказал методист направления «Нанотехнологии» программы «Большие вызовы» Образовательного центра «Сириус», директор проектного офиса Орловского Госуниверситета им. И.С. Тургенева Юрий Хрипунов.