Ученые МАИ создали новый жаропрочный композит для будущих космических кораблей

Научная группа НИО-9 МАИ создает особо жаропрочный композиционный материал, способный выдерживать температуру до 2000 °С. Он будет востребован при создании космических самолетов по типу «Бурана» или Space Shuttle. Такие аппараты смогут доставлять на орбитальные станции людей и грузы, а также выводить на околоземную орбиту космические аппараты.

Подобные космические самолеты должны быть многоразовыми. И если вывод на орбиту дело относительно простое, то при возвращении на обшивку ложится большая нагрузка. Трение об атмосферу разогревает ее до огромных температур.

Ранее применяемые в авиастроении композиционные материалы, устойчивые к высоким температурам, состояли из углеродных волокон и матрицы на основе либо особого углерода, либо карбида кремния. Однако первые из них не могут работать в воздухе из-за окисления углерода, которое начинается при температурах 400–450 °С и увеличивается с их ростом. Вторые работоспособны вплоть до 1700–1750 °С, но ресурс их очень низок из-за того же процесса окисления.

Для защиты от разрушения под каждый конкретный материал обычно дополнительно разрабатывается жаростойкое защитное покрытие. На «Буране» для этого применялось особая стекловидная пленка, и космолет выдерживал температуру до 1600 °С.

«Наша научная группа пришла к идее создания углерод-керамического композиционного материала, не содержащего соединений на основе кремния. В качестве матрицы, скрепляющей углеродные волокна, используются карбиды и бориды ряда металлов — гафния, ниобия и титана. При высокотемпературном окислении таких композитов на поверхности будет формироваться защитный слой. Он обеспечит снижение скорости окисления углеродных волокон», — рассказал член научной группы Игорь Сукманов.

Опытные образцы уже прошли первые огневые газодинамические испытания. «По результатам испытаний мы будем вносить корректировки в фазовый состав композита и режимы технологических процессов его получения. Новые, уже скорректированные образцы также испытаем», — рассказал руководитель научной группы, доцент кафедры 903 «Перспективные материалы и технологии аэрокосмического назначения» МАИ Алексей Астапов.

Однако в реальности новый композит будет применен нескоро. По словам заведующего лабораторией «Материалы для применения в экстремальных условиях» Центра компетенций НТИ «Цифровое материаловедение» МГТУ им. Баумана Вячеслава Селезнева, сейчас сертификация материалов, которые могут использоваться в космосе, занимает до 10 лет.