На «Больших вызовах» – 2024 участникам направления «Нанотехнологии» предстоит разработать макеты важных узлов нового космического зондового микроскопа, который будет претендовать на роль первого в мире атомно-силового микроскопа, работающего в автономном режиме в виде спутника Земли. Такой работе предшествуют многочисленные подготовительные этапы. Необходимо создать макеты принципиально важных составляющих будущего устройства. В эту задачу предложили включиться участникам программы «Большие вызовы».
В конце июня 2023 года в космос был запущен спутник «Нанозонд-1» с первым в мире сканирующим зондовым микроскопом для открытого космоса (СММ-2000С). Эта инновационная разработка, действующая в режиме туннельного сканирования, велась с 2021 года учеными и сотрудниками НИУ «МИЭТ», зеленоградского завода ПРОТОН, Орловского государственного университета имени И.С. Тургенева, с посильной помощью участников программы «Большие вызовы».
.jpg)
Этот микроскоп создан для двух важных задач, которые решаются впервые в мире: изучения стойкости материалов космических кораблей к воздействию ионов солнечного ветра, а также для исследования, на каких орбитах нет облаков пыли, возникающей от столкновения старых неуправляемых спутников и их частей между собой. Ведь даже маленькие частицы микро- и наноразмеров из-за больших скоростей могут повреждать обшивку космических кораблей.
В настоящее время «Нанозонд-1» находится в космосе и успешно передает данные на Землю. Уже получено много информации. Однако ученые решили еще усовершенствовать космический зондовый микроскоп – значительно увеличить его способность к обнаружению пыли.
.jpg)
«Быстрые частицы пыли сильно повреждают космические аппараты. Мы видим замутнение иллюминаторов и образование микро- и нанократеров на обшивках космических кораблей. Чтобы определить содержание даже небольшого количества частиц, мы решили в миллионы раз увеличить площадь сканирования “зеркала”, на которое падает пыль и которое анализирует зондовый микроскоп. Вплоть до 40/40 мм с нынешних 10/10 мкм. Это сложная задача, трудно решаемая с помощью зондовых микроскопов, тем более предназначенных для нескольких лет автономной работы в космосе – со стойкостью к ускорениям до 50G при запуске и с потребляемой мощностью не более 1 Вт от солнечных батарей спутника. Летную версию нового микроскопа мы начнем конструировать не раньше, чем через год, так как этой работе должны предшествовать многочисленные поиски решений, расчеты и создание макетных версий самых важных узлов будущей разработки», – рассказывает руководитель проекта, заведующий лабораторией МИЭТ и ведущий конструктор АО «Завод ПРОТОН» (г. Зеленоград) Борис Логинов.
Команда из шести школьников на программе «Большие вызовы» – 2024 создает целых пять макетов. Это и макет летной версии нового спутника «Нанозонд-А», и узел сканирования нового зондового микроскопа «СММ-2000-АЛМАЗ», который строится с применением уникального российского «Профилометра модели 130-КОСМОС» и использует уникальные сверхострые алмазные иглы, разработанные на физфаке МГУ имени М.В. Ломоносова. Ребята сами собирают эти макеты, многие детали которых моделируют и печатают на 3D-принтере.
Роман Горбачев приехал в «Сириус» из города Бийска Алтайского края.
«Мы помогаем разработать новую версию космического микроскопа. Наша задача – предоставить макеты, которые станут теоретической основой будущего аппарата. Благодаря этому проекту наша команда узнает очень много нового, мы учимся работать с новым оборудованием, например, профилометром. Это специальный прибор, разработанный заводом “Протон”, применяется для измерения шероховатости поверхности. С помощью профилометра мы конструируем новый космический микроскоп. Лично я занимаюсь созданием макета спутника с новым микроскопом в масштабе 1:1. Это нужно для понимания общих пропорций, ведь наш микроскоп станет полезной нагрузкой для спутника, и прежде всего очень важно понимать его габариты. Далее я буду работать с другим макетом, на котором мы будем уже исследовать работу алмазной иглы», – комментирует Роман Горбачев.
Одноклассница Романа – Мария Лебедева из Бийска – участвует в программе «Большие вызовы» уже второй раз и дважды – в направлении «Нанотехнологии».
«Я занимаюсь нанотехнологиями второй год, меня привела в эту науку преподаватель по химии в моей школе. Это очень увлекательно, потому что нанотехнологии сочетают и химию, и физику, и биологию. Такие междисциплинарные проекты очень востребованы. Тут, на проекте, мы фактически работаем с такими направлениями, как физика и микроэлектроника. Это открывает невероятные возможности в плане развития. Я пока ищу свой путь, но не исключаю, что после школы поступлю в медицинский университет. Современная медицина также развивается в связке с нанотехнологиями. Меня интересуют возможности что-то исследовать и работать в лаборатории», – поделилась Мария Лебедева.
«В нанотехнологии я пришла из физики. И также участвую в проекте второй год. Первое, что меня очень вдохновило, – это огромное количество практики. Мы работаем в различных программах, занимаемся 3D-моделированием, конструированием, программированием. Мне очень нравится именно конструкторская часть работы – что-то делать руками, проводить расчеты, работать на сложных приборах», – говорит участница команды из Череповца Дарья Шевченко.
Всего в направлении «Нанотехнологии» в 2024 году представлено четыре проекта. Кроме моделирования нового космического микроскопа, школьники учатся управлять свойствами стали путем термической обработки, изучают самые современные методики анализа полупроводниковых микро- и наноструктур для контроля параметров микросхем, предлагают идеи по модификации графен-оксидных и металл-углеродных наноструктур для создания композитных материалов.
