Этот прибор позволяет измерять твердость металлов прямо в космосе, например, обшивки космической станции или других внешних конструкций. Зачем это нужно? Со временем металл в космосе «устает» — теряет прочность из-за воздействия микрометеоритов, радиации, вакуума и перепадов температур. Чтобы оценить, насколько материал деградировал, и нужен такой прибор.

Самарский твердомер отличается от обычных «земных» аналогов. Он легче, компактнее и потребляет меньше энергии. Над проектом работали шесть человек: ученые, инженеры и студенты старших курсов. Руководил проектом Федор Васильевич Гречников, академик РАН и профессор кафедры обработки металлов давлением. Проект стал одним из финалистов конкурса инновационных проектов РКК „Энергия“.

Федор Гречников объяснил, почему это важно:

В космосе материалы постоянно меняются под воздействием вакуума, радиации, перепадов температур и микрометеоритов. Металл деформируется, теряет прочность, и конструкции становятся менее надежными. Обычные твердомеры для таких измерений не подходят — они слишком тяжелые, большие и энергозатратные. Наш прибор в десять раз легче и компактнее, при этом он полностью соответствует всем стандартам.

Как работает твердомер

Большинство твердомеров действуют по одному принципу: они оказывают механическое воздействие на материал, а затем измеряют, насколько глубоко или широко образовалась вмятина или царапина. Для этого нужна значительная сила. Обычные твердомеры используют мощные электромеханические приводы, которые весят десятки килограммов и по размерам напоминают кухонный шкаф.

Самарские разработчики пошли другим путем. Вместо электродвигателя и редуктора они использовали проволоку из нитинола — сплава никеля и титана. Этот сплав обладает «памятью формы»: если его нагреть, он возвращается к своей первоначальной форме с огромной силой. В твердомере проволока нагревается током до 80 °C за несколько секунд. Проволока диаметром 1 мм создает усилие до 50 кг, а пластина из нитинола — более 200 кг. Это усилие передается на алмазный наконечник, который давит на материал, а датчики измеряют твердость.

Размеры прибора — всего 150х70х50 мм, а вес — около 5 кг.

Мы уже протестировали прототип на Земле, и он отлично работает. В будущем такой прибор можно будет использовать для проверки состояния обшивки космической станции, например, с помощью робота-манипулятора. Также на его основе можно создать испытательный стенд, который будет работать в открытом космосе и тестировать новые материалы.

На Земле такие испытания невозможны — здесь нельзя одновременно воссоздать все условия космоса, — добавил Владимир Глущенков, доцент кафедры обработки металлов давлением.

Ученые уже разработали предварительную схему испытательного стенда, который можно будет установить на новой Российской орбитальной станции (РОС). Результаты таких испытаний помогут создавать более надежные конструкции для Луны и других планет. В перспективе подобное оборудование может пригодиться для изучения металлов, которые планируют добывать на Луне.

Ранее ученые предложили строить лунные модели из лунного же грунта.