Российские ученые разработали сверхбыстрый датчик для гиперзвука на основе максенов

Прорыв в аэрокосмической инженерии: новый датчик фиксирует ударные волны в микросекундах

Российские исследователи из Московского физико-технического института (МФТИ) совершили значительный шаг в развитии технологий для гиперзвуковой авиации, представив инновационный датчик, предназначенный для измерения ударных волн. Эта разработка призвана радикально повысить точность контроля и безопасность летательных аппаратов, движущихся на экстремальных скоростях.

Ключевое преимущество нового сенсора заключается в его феноменальной скорости реакции: он способен зафиксировать колебания ударной волны всего за 33 микросекунды. Это в десять раз быстрее, чем существующие коммерческие аналоги, время отклика которых составляет около 270 микросекунд. Такое ускорение реакции критически важно в условиях, где доли секунды могут определять аэродинамическую устойчивость и целостность аппарата.

Секрет в двумерных материалах: роль максенов

Возможность достижения таких показателей стала реальностью благодаря использованию максенов — относительно нового класса двумерных материалов, состоящих из переходных металлов и углерода, а также часто включающих атомы азота, фтора или кислорода. Максены обладают уникальным набором свойств: они демонстрируют высокую электропроводность, подобную металлам, при этом могут быть прозрачными для света, как стекло. Подобные материалы уже исследуются для применений в системах накопления энергии и электромагнитного экранирования.

Ученые МФТИ пошли дальше, интегрировав максены в композитный материал на основе поливинилиденфторида (ПВДФ). Этот композит, по сути, объединяет гибкость полимера с термостойкостью, характерной для керамики. В результате была получена гибкая пленка толщиной всего 90 микрометров.

Экстремальная надежность в работе

Гиперзвуковые полеты сопряжены с колоссальными нагрузками, в частности, с резкими и повторяющимися скачками температуры и давления, которые часто выводят из строя менее устойчивую аппаратуру. Интегрированный максенами композит показал исключительную способность сохранять структурную целостность и чувствительность даже при воздействии температурных перепадов, достигающих 350 °C.

Как отмечает аспирант МФТИ Хамар Заман Хан, «Интеграция максенов обеспечила необходимую структурную целостность. В результате мы получили сенсор, который не только выдерживает эти экстремальные условия, но и реагирует на них значительно быстрее коммерческих аналогов».

Перспективы для аэрокосмической отрасли

По заявлению пресс-службы МФТИ, разработка уже вызвала серьезный интерес со стороны ведущих российских аэрокосмических и энергетических компаний. Высокоскоростные датчики являются краеугольным камнем для проектирования и безопасной эксплуатации летательных аппаратов, способных развивать гиперзвуковые скорости (свыше 5 Махов).

Новый сенсор позволит не только точнее контролировать аэродинамические нагрузки в реальном времени, но и значительно улучшить методики моделирования и испытаний. Это открывает пути к созданию более совершенных и безопасных гиперзвуковых платформ. Кроме того, подобная технология может быть применена для обеспечения безопасности критической инфраструктуры в условиях, где возможны внезапные ударные воздействия.