Роскосмос запустит на орбиту сканирующий зондовый микроскоп, который разработан совместно с российскими школьниками в рамках программы «Большие вызовы» Образовательного центра «Сириус». Аппарат позволит получать изображения поверхности материалов в условиях открытого космоса и решать задачи создания новых материалов. Запуск запланирован на май 2023 года.
Околоземное пространство – агрессивная среда для искусственных аппаратов, которые человек выводит на орбиту. На их оболочку воздействуют космическая пыль и солнечное излучение, ионный ветер и частицы высокой энергии, удары нанометеоритов и фрагменты разрушенных спутников. Как повреждаются поверхности космических аппаратов и какими характеристиками должны обладать материалы для их изготовления − это предмет исследования ученых.
К решению этой задачи подключились воспитанники Образовательного центра «Сириус» в рамках программы «Большие вызовы». В 2021–2022 годах они совместно с АО «Завод Протон» (г. Зеленоград), НИУ «МИЭТ» и ОГУ имени И.С. Тургенева создали прототип космического сканирующего зондового микроскопа и специальные антенны, которые будут принимать от него данные о воздействии космической среды на поверхность космических аппаратов. Проект назвали «Разработка и создание научно-исследовательского комплекса для экспериментов в космосе в области нано в общероссийском формате». Его руководителем и автором стал начальник научной лаборатории МИЭТ и ведущий конструктор «Протона» Борис Логинов.
После вывода на орбиту аппарат будет с нанометровой точностью сканировать поверхность зеркала из золота, которая подвергается всему спектру воздействий открытого космоса. Снимки поверхностей будут передаваться по радиосвязи на Землю для того, чтобы специалисты могли оценить процессы разрушения материалов в условиях космоса. В этой работе активное участие принимают школьники регионов РФ.
«Благодаря этой разработке создана большая образовательная программа с встроенной в нее серьезной научно-исследовательской задачей. Ребята со всей страны в команде направления “Нанотехнологии” будут обрабатывать поступающие с микроскопа данные. Это первая в России попытка вместе со школьниками создать реальный массив big data для конкретной практической цели и выполнить их распределенный анализ», − рассказал методист направления «Нанотехнологии» ОЦ «Сириус» Юрий Хрипунов.
В рамках первого этапа решения задачи дети работали в лаборатории Образовательного центра, оборудованной российскими сканирующими зондовыми микроскопами СММ-2000. Ребята сумели изготовить и успешно опробовать специальные антенны для приема кадров с космического зондового сканирующего микроскопа, создав после этого для всех других школьников видеоролик-пособие по приему снимков.
«На втором этапе участники работали на специальной вакуумно-плазменной установке МАГ-5, в которой воздействовали плазмой на образцы материалов по подобию солнечной плазмы, и исследовали на зондовых микроскопах их разрушение. В процессе школьники усовершенствовали зондовые микроскопы в лаборатории завода “Протон”, и создали летную версию космического микроскопа СММ-2000С. Позже к проекту подключились новые партнеры − Фонд содействия инновациям, Военная академия связи имени С.М. Буденного, МГУ, НГУ имени Н.И. Лобачевского, ИФМ РАН и другие. Кроме того, получен патент на изобретение с мировым приоритетом», − пояснил Борис Логинов.
В настоящее время проект вышел на новую стадию: ребята должны научиться анализировать данные, которые будут поступать с нанозонда после того, как его выведут на орбиту.
«Мы занимались доработкой и усовершенствованием прототипа спутника “Нанозонд-1”. После программы мы продолжаем исследовать на сканирующем зондовом микроскопе разные образцы для проверки их стойкости в космических условиях, с помощью антенн и ПО принимаем сигналы с разных спутников из своего города. В планах − обучить школьников принимать сигналы со спутника, передающиеся в виде строк, и загружать их на сервер, где они будут формироваться в изображения», − сказал Всеволод Макеев, учащийся гимназии № 19 из города Орла.
К работе над проектом планируют подключить талантливых ребят из российских регионов. По словам Юрия Хрипунова, в 2022 году эксперты намерены подобрать инфраструктуру и педагогов, готовых работать в команде проекта в своих городах.
«Мы планируем в этом учебном году подключить к работе максимальное число партнеров. Знакомство с принципами работы приборной техники можно массово проводить в земных условиях обычных лабораторий, где есть сканирующие зондовые микроскопы», − отметил Юрий Хрипунов.
В ноябре в рамках проекта стартовали две образовательных программы в Орле и Кемерове, которые будут вести педагоги, прошедшие курсы повышения квалификации в «Сириусе». Позже к проекту подключатся Воронеж, Брянск, Новосибирск Белгород, Бийск − региональные центры, в чьем распоряжении есть зондовые микроскопы. Основная работа начнется в 2023/2024 учебном году, когда аппарат пройдет тестирование и заработает в полную силу.
Ученик орловской школы № 34 Данил Блинников, участвующий в проекте, рассказал о будущем разработки.
«Мы поделимся инструкцией по созданию квадрифилярной антенны, чтобы к проекту смогли подключиться школьники из других региональных образовательных центров. С помощью специальной программы ребята по всей стране смогут принимать со спутника кадры и работать с ними. Начнут изучать структуру поверхности и повреждений на ней, чтобы потом для материалов, используемых в космосе, рекомендовать нужные свойства и характеристики», − прокомментировал он.
После того как спутник с микроскопом выйдет на орбиту и начнет отправлять на землю данные, понадобится много времени и подготовленных специалистов, чтобы вести распределенный анализ этих big data. У команды направления «Нанотехнологии» и партнеров проекта уже накоплен опыт решения подобных задач со школьниками. Результаты анализов, выполненные ими, лягут в основу рекомендаций к характеристикам материалов, применяемых для создания космических аппаратов, и будут опубликованы в научной печати.