Ученые предложили создать стыковочную спутниковую систему с дистанционным управлением из сверхпроводящей пены и магнита. Это позволит уменьшить вес системы и, как следствие, увеличить грузоподъёмность спутника, а также быстро и просто выводить его из состояния стыковки и расстыковки. Помимо всего, систему можно применять для сбора космического мусора и защиты от метеоритов. Результаты исследования опубликованы в журнале IEEE Transactions on Applied Superconductivity.

Объемные сверхпроводящие материалы в настоящее время используются для создания эффекта левитации, разработки технических устройств электродвигателей и генераторов или в сверхпроводящих постоянных магнитах. Однако ученые рассматривают и другое более масштабное их применение – в космосе. В частности, для создания универсальной системы бесконтактной связи между космическими объектами, системы причаливания и стыковки космических летательных аппаратов и их защиты от метеоритов. Для создания таких систем необходимы сверхпроводники большого размера из легких материалов с сильным магнитным полем.

Международный коллектив ученых из Германии, Франции, Японии и России, в состав которого вошли исследователи ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН», предложил использовать сверхпроводящие пены в спутниках. Это позволит уменьшить вес системы, убрать ограничение размера сверхпроводящих элементов и увеличит грузоподъемность спутников.

Магнитное поле, создаваемое сверхпроводником, зависит от размеров образца. Чем больше размер, тем больше его возможности. Величина обыкновенных сверхпроводников ограничена. При этом крупные образцы могут растрескаться и потерять свои свойства. К тому же они дорого стоят и с ними трудно обращаться. Здесь на помощь могут прийти пористые сверхпроводящие материалы, в частности, пены. Они практически не имеют ограничений в размере и при этом обладают стабильным, однородным и достаточно сильным магнитным полем. В то же время они в десять раз легче обычных сверхпроводящих материалов, что важно для космических аппаратов.

Системы причаливания и стыковки космических летательных аппаратов, по мнению ученых, должны создаваться за счет конструкции из сверхпроводника и магнита. Такие сверхпроводящие магниты позволяют по требованию быстро, в течение миллисекунд, включить все сверхпроводящие элементы и создать магнитное поле. И также быстро отключить его. Даже находясь в космосе. Это делает процесс расстыковки намного проще: достаточно просто «включить» сверхпроводимость, чтобы бесследно стереть все магнитные сигналы. А процесс стыковки упрощается за счет больших магнитных полей, которые могут быть созданы магнитом.

«При соединении сверхпроводника с магнитом в сверхпроводящем материале происходят процессы, которые пассивно стабилизируют положение и ориентацию магнита, поэтому активное управление процессом стыковки не требуется. Это позволяет создать простую и эффективную систему стыковки с дистанционным управлением, подходящую под потребности миссии космического аппарата. Такие устройства могут использоваться, например, для стыковки космических аппаратов, в системах сбора космического мусора и микрометеоритной защиты. Они будут особенно интересны для небольших спутников частных компаний, исследовательских институтов и университетов», – рассказал Денис Гохфельд доктор физико-математических наук старший научный сотрудник Института физики им. Л.В. Киренского ФИЦ КНЦ СО РАН.