Школьники в «Сириусе» работают над прототипом сканирующего зондового микроскопа, который поместят в наноспутник и отправят в космос для исследования различных материалов. Разработка ведется на научно-технологической программе «Большие вызовы» по направлению «Нанотехнологии».
Запуск микроскопа в космос планируется в 2022 году. Результаты экспериментов ребят российские ученые используют в исследовательских работах.
Зачем микроскоп в космосе?
Сканирующий зондовый микроскоп дает изображение поверхности материалов с очень высоким разрешением. За его изобретение физики Герд Карл Бинниг и Генрих Рорер в 1986 году получили Нобелевскую премию.
На «Больших вызовах» школьники создают прототип первого в мире сканирующего зондового микроскопа для космоса, который встроят в наноспутник и запустят на орбиту высотой до 500 километров.
Два года аппарат будет падать в плотных слоях атмосферы, при этом микроскоп будет непрерывно сканировать поверхности различных материалов, на которые воздействуют нанометеориты, солнечный ветер, ионные потоки, космическая радиация и рентгеновское излучение. Кадры передадут на Землю. Таким образом ученые исследуют прочность и стойкость материалов, используемых для обшивки космических кораблей, к различным воздействиям, чтобы усовершенствовать их, найти новые надежные наноструктуры и технологии их получения.
Раньше такие материалы испытывали на Земле, в условиях, приближенных к реальным, а с запуском микроскопа появится возможность сделать это непосредственно в космосе. Кроме того, можно проанализировать воздействие на аппараты космической пыли на орбитах разных высот.
С чего начинается микроскоп
Работа над проектом началась с конструирования. С помощью системы автоматизированного проектирования ребята создали чертежи и образы всех деталей, после чего приступили к сборке аппарата.
«Прототип нашего изделия изготовлен из обычного зондового микроскопа, который школьники разобрали на части и собрали в формате наноспутника. Это было непросто: так как в космосе нет воздуха, пришлось поменять вентиляторы на другие системы охлаждения. Также мы заменили жесткие диски с движущимися частями, которые мешали работе микроскопа, на твердотельные накопители, SSD-диски», – рассказал руководитель проекта, ведущий конструктор завода «Протон» в Зеленограде, заведующий научно-исследовательской лабораторией атомной модификации и анализа поверхности полупроводников, старший преподаватель Московского института электронной техники Борис Логинов.
Собрать и испытать
Школьники уже собрали алюминиевый каркас наноспутника, который надо наполнить оборудованием. Кроме самого микроскопа, туда войдут блок электроники, батарея, плата управления и медные зеркала. В процессе создания космического микроскопа юные ученые многое освоили впервые: научились делать электронные платы и схемы, писать программы для запуска наноспутника, имитировали на вакуумно-плазменной установке солнечную плазму, чтобы изучить изменение разных конструкционных материалов под ее воздействием. Ребята станут соавторами научно-исследовательской работы: результаты их экспериментов найдут применение в трудах ведущих российских ученых.
«Мне очень интересна тема космоса, спутников и исследований, в дальнейшем я планирую связать свою жизнь с нанотехнологиями, поэтому и пришел на этот проект. Здесь мы многое делаем своими руками, работаем с новым оборудованием. Уверен, что полученный опыт и знания я смогу применить в профессиональной деятельности, когда буду работать с инженерными программами», – рассказал участник проекта из Бийска Андрей Лопатин.
После сборки прототипа школьники испытают созданную модель в работе, проверят мощность аккумулятора и работу солнечных элементов.
Соруководители проекта:
По конструированию: Илья Оразов, студент второго курса Национального исследовательского университета «Московский институт электронной техники», техник конструктор завода «Протон» (Зеленоград), трижды выпускник научно-технологических программ «Большие вызовы» 2017-2019.
По научной деятельности: Артем Логинов, научный сотрудник физического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова, инженер-конструктор завода «Протон» (Зеленоград).
Справочно:
Научно-технологическая проектная образовательная программа «Большие вызовы» проходит в Образовательном центре «Сириус» с 5 по 28 июля. Одно из 12-ти направлений программы – «Нанотехнологии» – реализуется при поддержке Фонда инфраструктурных и образовательных программ (Группа РОСНАНО). Задача ФИОП – содействие формированию кадрового ресурса наноиндустрии Российской Федерации, а также ранняя профориентация и популяризация среди детей и молодежи сведений о нанотехнологиях и наноиндустрии. Участниками направления стали 32 школьника, которые работают над шестью проектами в области экологии, медицины, электроники, энергетики.
