Космическая вязь: металлоткани свяжут Землю с другими планетами
Как новые материалы помогут в развитии российской орбитальной станции и освоении Луны
В России развили технологию производства сетеполотен — трикотажных тканей из металлической проволоки. В основном их применяют в качестве отражающих поверхностей для антенн-ретрансляторов, размещенных в космосе. Инновации позволят расширить технические возможности материалов и открыть новые сферы их применения. В перспективе их можно использовать для создания устойчивых каналов связи с удаленными космическими объектами и другими планетами, уверены ученые.
Как создают металлические ткани
В Российском государственном университете им. А.Н. Косыгина развили технологию для производства металлических трикотажных тканей, из которых создают элементы космической техники и инфраструктуры. Эти материалы представляют собой гибкие, легкие и прочные сетеполотна, связанные из металлической микропроволоки.
Они не сцепляются и не переплетаются между собой, легко растягиваются и при этом хорошо отражают электромагнитные волны. Поэтому одно из основных применений — это самораскрывающиеся крупногабаритные антенны для космических аппаратов. В настоящее время такие ткани используют, к примеру, в конструкции передатчиков отечественных спутников-ретрансляторов «Луч» нового поколения.
Их применяют на геостационарной орбите (на высоте около 36 тыс. м) для организации перенаправления сигналов между российскими орбитальными группировками и наземными объектами. В частности, «Лучи» задействованы в обеспечении постоянной устойчивой связи с МКС, системой ГЛОНАСС. Ширина параболических антенн этих аппаратов, сшитых из сетеполотен, порядка 4–5 м.
Также предполагается, что металлоткани будут присутствовать в конструкции перспективной космической обсерватории «Спектр-М» («Миллиметрон»). С ее помощью ученые рассчитывают исследовать структуру ядер активных галактик, черных дыр и пульсов, а также таких экзотических объектов, как «белые дыры», в которые ничто не может войти, или «кротовые норы» — тоннели между разными частями пространства-времени.
На данный момент на одном из российских предприятий из сетеполотен создают антенны с отражающей поверхностью диаметром 48 м. Когда их разместят в космосе, они смогут обеспечить устойчивую телефонную связь в любой точке планеты без дополнительных ретрансляторов. Это открывает революционные возможности для телекоммуникационных систем.
— Наши основные инновации заключаются в строении тканей. Например, для крупногабаритных антенн, которые должны самостоятельно раскладываться, лучше подходит трикотажная структура. Она включает различные виды петель. Изменяя их форму, способы соединения и размеры ячеек между ними, можно варьировать характеристики материала. Такие как прочность или отражающая способность, — рассказал «Известиям» руководитель проекта Никита Заваруев.
По его словам, для создания тканей используют проволоку из вольфрама, молибдена и других тугоплавких металлов. Ее толщина — порядка 15–20 мкм, что в несколько раз меньше, чем волос человека.
Как передать сигнал с другой планеты
В настоящее время отработана технология разработки и создания металлических тканей для различных нужд, уточнил Никита Заваруев. При этом состав нитей и их конфигурация могут меняться в зависимости от задач, для которых создаются сетеполотна. На Земле они могут быть востребованы для создания специальных материалов с улучшенными характеристиками по термостойкости, ударопрочности и радиозащите. Широкие возможности открываются при использовании разработок на основе сетеполотен в медицине. Например, для биосовместимых протезов.
В космосе помимо перечисленных применений металлоткани можно использовать для укрепления обшивки орбитальных спутников или создания подложек для оборудования за бортом космических аппаратов. Возможно, они будут применяться и в конструкциях кубсатов (наноспутников) и малых космических аппаратов, бум которых сейчас происходит и в мире, и в России, сказал эксперт космонавтики Дмитрий Струговец.
— Любой спутник связи — это, по сути, ретранслятор. С их помощью, например, осуществляются телевизионные трансляции, передается интернет-трафик и сигналы сотовой связи между отдаленными регионами. Поэтому появление разнообразных технических приспособлений будет способствовать развитию телекоммуникации, — пояснил специалист.
При этом он напомнил, что спутники-ретрансляторы уже сейчас работают для передачи сигналов на удаленных космических объектах. Например, аппарат «Цюэцяо» помог осуществить мягкую посадку модулю «Чанъэ-4» на обратной стороне Луны. Сейчас он выполняет функции ретрансляции сигнала.
Аналогично на Марсе исследовательские аппараты передают данные на ретрансляторы, а те перенаправляют трафик к Земле. Такие устройства необходимы, чтобы обеспечить энергию для прохождения сигнала и компенсировать помехи, которые возникают на траектории его пути. Подобные системы потребуются и при освоении дальних планет.
Каждая конкретная система космической связи имеет свои ограничения, которые необходимо учитывать, отметил генеральный директор ООО «Лаборатория инфокоммуникационных сетей» Владимир Григорьев. Так, например, антенна с 48-метровым рефлектором, которую сейчас создают в России, вряд ли станет альтернативой широкодоступной сотовой связи, поскольку ее возможности скорее будут ограничены узким кругом пользователей — государственными органами или спецслужбами.
Сборка научно-энергетического модуля, который ляжет в основу новой российской орбитальной служебной станции, в цехе РКК «Энергия»
— Сейчас производство сетеполотен — это штучный и трудоемкий процесс. По этой причине они дорогие, и конструкторы предпочитают более доступные по цене решения. Поэтому изготовление продолжится в небольших объемах для нишевых применений, — высказал свое мнение коммерческий директор компании «Спутникс» Анатолий Копик.
Однако, уточнил он, крупногабаритные рефлекторы с сетчатой отражательной поверхностью необходимы в целях обеспечения надежной связи с космическими аппаратами, в том числе военной и правительственной. Также они будут использоваться при организации каналов телекоммуникации с российской орбитальной станцией (РОС). Ее развертывание в космосе запланировано на 2027 год.
По мнению специалиста, по мере развития технологий металлические ткани будут более популярны и могут найти применение в различных технических системах — как космических, так и наземных.
