npeЯдерная физика и инжинирингNuclear Physics and Engineering2079-56292079-5637МИФИ10.56304/S207956292406040XRALLOCnpe-405Research ArticleПерспективные конструкционные материалыPromising Structural MaterialsПОЛИМЕР–КЕРАМИЧЕСКИЙ КОМПОЗИТ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ КОСМИЧЕСКИХ ДВИГАТЕЛЕЙ МАЛОЙ ТЯГИPOLYMER–CERAMIC COMPOSITE FOR MANUFACTURING DIELECTRIC PARTS OF LOW-THRUST SPACE ENGINESСитниковС. А.SitnikovS. A.nbulychev@mail.ruАстаповА. Н.AstapovA. N.nbulychev@mail.ruДаниловМ. Д.DanilovM. D.nbulychev@mail.ruМельниковА. В.MelnikovA. V.nbulychev@mail.ruБутусоваО. А.ButusovaO. A.nbulychev@mail.ruБулычевН. А.BulychevN. A.nbulychev@mail.ruМосковский авиационный институт (Национальный исследовательский университет)РоссияMoscow Aviation Institute (National Research University)Russian Federation202425122024156567572Copyright © Ситников С.А., Астапов А.Н., Данилов М.Д., Мельников А.В., Бутусова О.А., Булычев Н.А., 20242024Ситников С.А., Астапов А.Н., Данилов М.Д., Мельников А.В., Бутусова О.А., Булычев Н.А.Sitnikov S.A., Astapov A.N., Danilov M.D., Melnikov A.V., Butusova O.A., Bulychev N.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://npe.elpub.ru/jour/article/view/405

В работе представлены результаты по получению и исследованию свойств термостойких диэлектрических композиционных материалов на основе кремнийорганических полимеров для изготовления деталей космических двигателей малой тяги, например, разрядной камеры одного из типов электроракетных двигателей – высокочастотного ионного двигателя. В рамках исследования был предложен состав полимер−керамического материала на основе диметилсилоксанового каучука, армированного порошком α-фазы диоксида кремния. Композит соответствует широкому комплексу требований к материалу разрядных камер, среди которых главным образом следует выделить вибростойкость, радиопрозрачность и термостойкость до 400°С. Установлена взаимосвязь между скоростью нагрева при довулканизации полимер−керамического композита и потерей его массы. Показано, что температурный режим при довулканизации/отжиге в вакууме композита существенным образом влияет на эксплуатационные свойства разрядных камер. Результаты исследования позволили успешно изготовить образцы разрядных камер из данного композита для лабораторной модели высокочастотного ионного двигателя с диаметром пучка 100 мм.

Heat-resistant dielectric composite materials based on organosilicon polymers for the manufacture of parts for low-thrust space engines, for example, the discharge chamber of a high-frequency ion engine, which is one of the types of electric rocket engines, have been synthesized and their properties have been studied. A composition of a polymer−ceramic material based on dimethylsiloxane rubber reinforced with α-phase silicon dioxide powder has been proposed. The composite meets a wide range of requirements for the material of discharge chambers, among which vibration resistance, radio transparency, and heat resistance up to 400°C should be highlighted. A relationship has been established between the heating rate during post-vulcanization of a polymer−ceramic composite and its mass loss. It has been shown that the temperature regime during pre-vulcanization/annealing of the composite in vacuum significantly affects the operational properties of the discharge chambers. The results of the study have allowed us to successfully produce samples of discharge chambers from this composite for a laboratory model of a high-frequency ion engine with a beam diameter of 100 mm.

керамикакремнийорганические эластомерыкомпозиционные материалыдвигатели малой тягиэлектроракетные двигателиразрядная камераceramicsorganosilicon elastomerscomposite materialslow-thrust engineselectric rocket enginesdischarge chamberРабота выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда, проект № 22-19-00419.ReferencesLoeb H.W. // Acta Astronautica. 2015. V. 116. P. 299306.Loeb H.W. // Acta Astronautica. 2015. V. 116. P. 299306.Ситников С.А. Разработка стойких к ионной эрозии материалов на основе нитрида кремния для разрядных камер электроракетных двигателей. 2017. Москва: МАИ.Ситников С.А. Разработка стойких к ионной эрозии материалов на основе нитрида кремния для разрядных камер электроракетных двигателей. 2017. Москва: МАИ.Poliakov P.O., Soliayev Y.O., Sitnikov S.A. // In. J. Pure Appl.Math. 2016. V. 111 (2). P. 319–330.Poliakov P.O., Soliayev Y.O., Sitnikov S.A. // In. J. Pure Appl.Math. 2016. V. 111 (2). P. 319–330.Ripetsky A., Sitnikov S., Rabinskiy L. // IOP Conf. Ser.: Mat. Sci. Eng. 2016. P. 1–6.Ripetsky A., Sitnikov S., Rabinskiy L. // IOP Conf. Ser.: Mat. Sci. Eng. 2016. P. 1–6.Nigmatzyanov V.V., Pogodin V.A., Rabinskiy L.N., Sitnikov S.A., Zin Hein T. // Periodico Tche Quimica. 2020. V. 17 (35). P. 560–568.Nigmatzyanov V.V., Pogodin V.A., Rabinskiy L.N., Sitnikov S.A., Zin Hein T. // Periodico Tche Quimica. 2020. V. 17 (35). P. 560–568.Nigmatzyanov V.V., Pogodin V.A., Rabinskiy L.N., Sitnikov S.A. // Periodico Tche Quimica. 2019. V. 16 (33). P. 801–808.Nigmatzyanov V.V., Pogodin V.A., Rabinskiy L.N., Sitnikov S.A. // Periodico Tche Quimica. 2019. V. 16 (33). P. 801–808.Rabinskiy L.N., Sitnikov S.A. // Periodico Tche Quimica. 2018. V. 15 (1). P. 390–395.Rabinskiy L.N., Sitnikov S.A. // Periodico Tche Quimica. 2018. V. 15 (1). P. 390–395.Astapov A.N., Pogodin V.A., Rabinsky L.N., Sitnikov S.A., Furashov A.S. // J. Balkan Tribol. Assoc. 2021. V. 27 (5). P. 826–837.Astapov A.N., Pogodin V.A., Rabinsky L.N., Sitnikov S.A., Furashov A.S. // J. Balkan Tribol. Assoc. 2021. V. 27 (5). P. 826–837.Ioni Y., Sapkov I., Kirsanova M., Dimiev A.M. // Carbon. 2023. V. 212. P. 118122.Ioni Y., Sapkov I., Kirsanova M., Dimiev A.M. // Carbon. 2023. V. 212. P. 118122.Ioni Y., Khamidullin T., Sapkov I., Brysko V., Dimiev A.M. // Carbon Lett. 2024.Ioni Y., Khamidullin T., Sapkov I., Brysko V., Dimiev A.M. // Carbon Lett. 2024.Kuzenov V.V., Ryzhkov S.V., Varaksin A.Yu. // Aerospace. 2023. V. 10. P. 662.Kuzenov V.V., Ryzhkov S.V., Varaksin A.Yu. // Aerospace. 2023. V. 10. P. 662.Kuzenov V.V., Ryzhkov S.V., Varaksin A.Yu. // Mathematics. 2022. V. 10. P. 2130.Kuzenov V.V., Ryzhkov S.V., Varaksin A.Yu. // Mathematics. 2022. V. 10. P. 2130.Varaksin A.Yu., Ryzhkov S.V. // Symmetry. 2023. V. 15. P. 388.Varaksin A.Yu., Ryzhkov S.V. // Symmetry. 2023. V. 15. P. 388.Kuzenov V.V., Ryzhkov S.V., Varaksin A.Yu. // Appl. Sci. 2022. V. 12 (21). P. 11011.Kuzenov V.V., Ryzhkov S.V., Varaksin A.Yu. // Appl. Sci. 2022. V. 12 (21). P. 11011.Kuzenov V.V., Ryzhkov S.V., Varaksin A.Yu. // J. Comput. Appl. Math. 2024. V. 451. P. 116098.Kuzenov V.V., Ryzhkov S.V., Varaksin A.Yu. // J. Comput. Appl. Math. 2024. V. 451. P. 116098.Кузенов В.В., Рыжков С.В. // Теплофиз. выс. темп. 2021. Т. 59 (4). С. 492–501. [Kuzenov V.V., Ryzhkov S.V. // High Temp. 2022. V. 60 (Suppl. 1). P. S7− S15].Кузенов В.В., Рыжков С.В. // Теплофиз. выс. темп. 2021. Т. 59 (4). С. 492–501. [Kuzenov V.V., Ryzhkov S.V. // High Temp. 2022. V. 60 (Suppl. 1). P. S7− S15].Кузенов В.В., Рыжков С.В. // Ядерная физика и инжиниринг. 2019. Т. 10 (3). С. 263–270. [Kuzenov V.V., Ryzhkov S.V. // Phys. At. Nucl. 2019. V. 82 (10). P. 1341–1347].Кузенов В.В., Рыжков С.В. // Ядерная физика и инжиниринг. 2019. Т. 10 (3). С. 263–270. [Kuzenov V.V., Ryzhkov S.V. // Phys. At. Nucl. 2019. V. 82 (10). P. 1341–1347].

The authors declare that there are no conflicts of interest present.