Как ученые УрФУ испекли магнитный сенсор для ракеты «Союз»
По фильмам и телевизионным трансляциям мы представляем, насколько сложный механизм создают ученые и инженеры, чтобы отправить человека в космос. Здесь перепроверяют каждый шаг, поэтому система ракеты нашпигована всевозможными датчиками. Среди них – датчики электрического тока. Они контролируют ток в каждом кабеле, помогая проверять работоспособность всех систем корабля.
«Раньше, чтобы подключить датчик к кабелю, приходилось разрывать цепь, иначе не получалось, - поясняет Леонид Шалимов, почти 20 лет руководивший предприятием Роскосмоса «НПО автоматики им. академика Семихатова», – а любой разрыв соединения – это новые риски. Поэтому я искал бесконтактный датчик, который бы давал точные показания, если просто приложить его к кабелю, и когда увидел разработку учёных кафедры магнетизма УрГУ (ныне УрФУ), не поверил глазам».
«Раньше, чтобы подключить датчик к кабелю, приходилось разрывать цепь, иначе не получалось, - поясняет Леонид Шалимов, почти 20 лет руководивший предприятием Роскосмоса «НПО автоматики им. академика Семихатова», – а любой разрыв соединения – это новые риски. Поэтому я искал бесконтактный датчик, который бы давал точные показания, если просто приложить его к кабелю, и когда увидел разработку учёных кафедры магнетизма УрГУ (ныне УрФУ), не поверил глазам».
Ученые УрФУ работали над важным элементом нового прибора – сенсором (магниторезистивным преобразователем), который давал датчику возможность фиксировать магнитное поле у поверхности кабеля и по нему определять силу тока.
Требования к сенсору были самые строгие:
Так выглядит магниторезистентный сенсор, если смотреть на него сверху. Сторона квадрата 1 мм.
Требования к сенсору были самые строгие:
- суперкомпактный (площадь 1 мм2),
- с широким диапазоном измерений,
- устойчив к радиаиции,
- должен работать в условиях вариации температуры,
- должен с минимальной погрешностью фиксировать, преобразовывать и передавать данные.
Так выглядит магниторезистентный сенсор, если смотреть на него сверху. Сторона квадрата 1 мм.
В центре - 4 несплошные полоски в прорезями в форме змеек. Такой рисунок похож на наклонный меандр.
Меандры соединены в мостовую электрическую схему и имеют выходы на контактные площадки (4 светлых прямоугольника). Контактным площадкам привариваются золотые проволочки (диаметр 0,03 мм), с их помощью подводят электропитание и снимают полезный сигнал.
Меандры соединены в мостовую электрическую схему и имеют выходы на контактные площадки (4 светлых прямоугольника). Контактным площадкам привариваются золотые проволочки (диаметр 0,03 мм), с их помощью подводят электропитание и снимают полезный сигнал.
Уникальность сенсора в дизайне этих самых меандров. Если смотреть на датчик не сверху, а сбоку, то по структуре меандровые змейки напоминают пирог из 4-х функциональных слоёв, оптимальное сочетание и толщину которых подобрали как раз в УрФУ. Такой состав и дает нужную чувствительность датчику.
Структуру материала создали с помощью современных пленочных технологий. На специальной установке металл распылили до атомарного состояния, а затем осадили на кремниевую подложку, формируя нужные слои толщиной несколько нанометров.
Сейчас свои среды для магнитных сенсоров делают и студенты УрФУ
Бесконтактные малогабаритные датчики тока успешно запустили в производство и стали устанавливать на ракетах «Союз». А разработчики миниатюрного прибора стали лауреатами премии «Татищева и де Геннина».
Авторы разработки:
Владимир Васьковский – заведующий кафедрой магнетизма и магнитных наноматериалов УрФУ,
Михаил Миляев - старший научный сотрудник Института физики металлов УрО РАН,
Лазарь Ромашев - ведущий научный сотрудник Института физики металлов УрО РАН,
Евгений Сычугов - заместитель генерального директора ЗАО «Научно-производственный комплекс «ВИП»,
Владимир Устинов - директор Института физики металлов УрО РАН,
Леонид Шалимов - генеральный директор ФГУП «НПО автоматики имени академика Н.А.Семихатова» 1997-2016 гг.
Авторы разработки:
Владимир Васьковский – заведующий кафедрой магнетизма и магнитных наноматериалов УрФУ,
Михаил Миляев - старший научный сотрудник Института физики металлов УрО РАН,
Лазарь Ромашев - ведущий научный сотрудник Института физики металлов УрО РАН,
Евгений Сычугов - заместитель генерального директора ЗАО «Научно-производственный комплекс «ВИП»,
Владимир Устинов - директор Института физики металлов УрО РАН,
Леонид Шалимов - генеральный директор ФГУП «НПО автоматики имени академика Н.А.Семихатова» 1997-2016 гг.
P.S. Что в мире или почему нужны датчики ракете
Неполадка в электросети – стала причиной недавней аварии новозеландской ракеты-носителя Electron. 4 июля 2020 года космический корабль потерпел крушение через 340 секунд после взлета. Позже выяснилось, что причиной аварии стали проблемы в одном из электрических соединений. Во время полета в соединении постоянно прерывался контакт, из-за этого повысилось сопротивление, и вокруг проблемного соединения нагрелся участок. Следом расплавилась полимерная смола, державшая крепление и изоляцию, так что провода просто отвалились, и питание двигателя нарушилось.
Сценарий аварии разработчики воспроизвели в наземных условиях и разработали дополнительные тесты, чтобы такого больше не случилось
Неполадка в электросети – стала причиной недавней аварии новозеландской ракеты-носителя Electron. 4 июля 2020 года космический корабль потерпел крушение через 340 секунд после взлета. Позже выяснилось, что причиной аварии стали проблемы в одном из электрических соединений. Во время полета в соединении постоянно прерывался контакт, из-за этого повысилось сопротивление, и вокруг проблемного соединения нагрелся участок. Следом расплавилась полимерная смола, державшая крепление и изоляцию, так что провода просто отвалились, и питание двигателя нарушилось.
Сценарий аварии разработчики воспроизвели в наземных условиях и разработали дополнительные тесты, чтобы такого больше не случилось
Материал написан для проекта "100 открытий УрФУ" и опубликован на сайте вуза
