Российская космическая техника выйдет на новый уровень надежности благодаря уникальным белорусским датчикам
Что такое датчик для космической техники, специалистам объяснять не надо. Достаточно вспомнить недавнюю аварию российской ракеты-носителя «Протон-М» с тремя спутниками на борту, которая потеряла управление и развалилась сразу же после старта. Как оказалось, к беде привела неправильная установка при сборке ракеты датчиков угловых скоростей — крохотных и «копеечных» по сравнению с потерянным «Протоном» и космическими аппаратами устройств.
История освоения космоса знает и множество других примеров, когда ненадежно работающий или недостаточно чувствительный датчик сводил на нет труд тысяч людей и приводил к огромным материальным потерям. Вот почему всякую новую разработку, повышающую чувствительность сенсоров, создатели космических аппаратов встречают на ура. О значении этого направления красноречиво говорит и тот факт, что в научно-техническую программу Союзного государства «Нанотехнология-СГ» была включена тема совместного с Россией проекта по наноструктурным сенсорам магнитного поля, предназначенным для применения в том числе в ракетно-космической технике.
То, что я держу в руках, иначе как прорывом в наноэлектронике назвать нельзя. Этот сенсор, созданный совместно с российскими учеными при финансовой поддержке Государственного космического научно-производственного центра имени М.В. Хруничева (Москва) в Научно-практическом центре по материаловедению Национальной академии наук Беларуси, превосходит лучшие зарубежные аналоги в разы. Если быть точным, то чувствительность его выше в 6,5 раза, энергопотребление снижено в 2,5. Есть преимущества и по другим параметрам. И все благодаря уникальной технологии, при которой заготовки датчиков первоначально «расстреливаются» на ускорителях быстрыми тяжелыми ионами.
— Вот посмотрите, — приглашает меня взглянуть на монитор компьютера заведующий отделом криогенных исследований НПЦ по материаловедению НАН Беларуси доктор физико-математических наук Сергей Демьянов. — Это подложка из кремния, на которую мы нанесли пленку из оксида кремния. Затем пленку облучили в ускорителе тяжелыми ионами высоких энергий, которые изрешетили ее насквозь, оставив после себя узкие тоннели — треки. После специальной обработки эти поры в пленке мы заполнили десятками чередующихся слоев меди и никеля. Вот, пожалуй, и все основные этапы создания сенсора, отдельные элементы которого измеряются величинами всего в несколько нанометров. Для чего так «мельчить»? В противном случае так называемый гигантский магниторезистивный эффект, позволяющий по изменению электрического сопротивления материала судить о ничтожно малых колебаниях внешнего магнитного поля, попросту не будет достигнут. Дело в том, что на наноуровне действуют совсем другие механизмы взаимодействия электронов проводимости в материалах.
Для техники, долгое время работающей на орбите, особенно важно, чтобы элементы электроники могли выдерживать натиск космического излучения, воздействие магнитных полей. Как показали испытания, этим требованиям датчики нового поколения полностью соответствуют. Очень важно также то, что они способны с повышением чувствительности работать при очень низких температурах, вплоть до гелиевых.
Кстати, для более высоких температур — в несколько сотен градусов по Цельсию — ученые НПЦ по материаловедению НАН Беларуси в рамках все той же программы «Нанотехнология-СГ» разработали и защитили патентами еще один датчик, работающий на других принципах, в области так называемой спиновой электроники. Его характеристики — способность, например, чувствовать изменения магнитного поля всего на 0,1 % — также превосходят лучшие зарубежные аналоги.
Пока уникальные датчики, существующие всего в нескольких экземплярах, переданы для окончательных испытаний в головную организацию с белорусской стороны — Институт тепло- и массообмена НАН Беларуси. Но уже в ближайшее время российский партнер — ОАО «Корпорация НПО «РИФ» (Воронеж), производящее микроэлектронные приборы и аппаратуру для ракетно-технического комплекса, получит от минчан всю необходимую техническую документацию и начнет массовое производство новинки.
По мнению специалистов, сверхчувствительные сенсоры сделают более надежными приборы и бортовую аппаратуру не только космических аппаратов и авиационной техники. Они могут найти применение в медицине: в качестве измерителей магнитных полей биологических объектов, для контроля магнитобиологических реакций, электрических сигналов сердца, мышц, мозга. Не лишними будут они и в аппаратуре охранной сигнализации, средствах записи, обработки и хранения магнитной информации, а также в автомобилестроении, где позволят создать более совершенные антиблокировочные системы и устройства управления двигателем. Предполагается, что сенсоры магнитного поля нового поколения помогут поднять на более высокий уровень также робототехнику, геологоразведку, сейсмологию, археологию, астрофизику и другие области научной и практической деятельности.
