ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЗМОВ ОБРАЗОВАНИЯ ПЫЛИ В КОСМИЧЕСКОМ ПРОСТРАНСТВЕ
Научная статья
ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЗМОВ ОБРАЗОВАНИЯ ПЫЛИ В КОСМИЧЕСКОМ ПРОСТРАНСТВЕ
Б.А.Логинов1, 4, 5, нач. лаб., рук. проекта, ORCID: 0000-0001-5081-1424 / b-loginov@mail.ru
В.А.Беспалов1, чл.-корр. РАН, д.т.н., ORCID: 0000-0003-4976-8515
Ю.В.Хрипунов2, 5, к.ф.-м.н., доц., ORCID: 0000-0003-2250-0420
А.Б.Логинов1, 3, 4, асп., ORCID: 0000-0003-2090-5301
В.Б.Логинов1, 4, вед. констр., ORCID: 0000-0002-2116-7411
М.А.Щербина2, 5, асс., ORCID: 0009-0001-8873-4986
В.С.Акинина5, студ., ORCID: 0009-0006-7028-9331
Д.А.Батурова5, студ., ORCID: 0009-0003-8692-4051
А.В.Пичугина5, студ., ORCID: 0009-0008-8585-9960
А.С.Серенок5, студ., ORCID: 0009-0008-8897-0103
И.И.Ульева5, студ., ORCID: 0009-0001-4397-6025
Д.С.Шевченко5, студ., ORCID: 0009-0009-8866-0268
Аннотация. По результатам анализа уникальных кадров, полученных с первого в мире космического сканирующего зондового микроскопа СММ-2000С, работающего в открытом космосе в спутнике Земли "Нанозонд-1" и снимающего с нанометровой точностью изменение рельефа металлической поверхности, открытой на воздействие солнечного ветра, высказана гипотеза о существовании еще одного механизма образования пыли в околоземном пространстве – за счет образования частиц из атомов, снятых ионами солнечного ветра с поверхности космических объектов. Описан проведенный и подтверждающий эту гипотезу эксперимент. Предложено развитие отдельного прикладного направления исследований по разработке физики стойких к солнечному ветру материалов для соблюдения экологии космоса и для совершенствования надежности космических кораблей ввиду негативного воздействия образующейся с них пыли на элементы в том числе этих же кораблей.
Ключевые слова: сканирующая зондовая микроскопия, спутник Земли, космическая пыль, солнечный ветер, взаимодействие ионов с веществом
Для цитирования: Б.А. Логинов, В.А. Беспалов, Ю.В. Хрипунов, А.Б. Логинов, В.Б. Логинов, М.А. Щербина, В.С. Акинина, Д.А. Батурова, А.В. Пичугина, А.С. Серенок, И.И. Ульева, Д.С. Шевченко. Исследование механизмов образования пыли в космическом пространстве. НАНОИНДУСТРИЯ. 2025. Т. 18. № 5. С. 248–252. https://doi.org/10.22184/1993-8578.2025.18.5.248.252.
Received: 9.07.2025 | Accepted: 15.07.2025 | https://doi.org/10.22184/1993-8578.2025.18.5.248.252
Original paper
RESEARCH ON DUST FORMATION MECHANISMS IN SPACE
B.A.Loginov1, 4, 5, Head of Laboratory, ORCID: 0000-0001-5081-1424 / b-loginov@mail.ru
V.A.Bespalov1, Corr. Member of RAN, Doct. of Sci (Tech), ORCID: 0000-0003-4976-8515
Yu.V.Khripunov2, 5, Cand. of Sci. (Physics and Mathematics), Docent, ORCID: 0000-0003-2250-0420
A.B.Loginov1, 3, 4, Postgraduate, ORCID: 0000-0003-2090-5301
V.B.Loginov1, 4, Leading Designer, ORCID: 0000-0002-2116-7411
М.А.Shcherbina2, 5, Assistant, ORCID: 0009-0001-8873-4986
V.S.Akinina5, Student, ORCID: 0009-0006-7028-9331
D.А.Baturova5, Student, ORCID: 0009-0003-8692-4051
А.V.Pichugina5, Student, ORCID: 0009-0008-8585-9960
А.S.Serenok5, Student, ORCID: 0009-0008-8897-0103
I.I.Uleva5, Student, ORCID: 0009-0001-4397-6025
D.S.Shevchenko5, Student, ORCID: 0009-0009-8866-0268
Abstract. Based on the analysis of unique images obtained from the world’s first space scanning probe microscope SMM-2000S, which operates in open space aboard the Earth satellite "Nanosond-1" and captures changes in the relief of a metal surface exposed to solar wind with nanometer precision, a hypothesis has been proposed regarding existence of another mechanism for dust formation in near-Earth space – through formation of particles from atoms removed by solar wind ions from the surfaces of cosmic objects. An experiment has been described that was conducted and supports this hypothesis. The development of a separate applied research direction has been proposed for development of materials resistant to solar wind for the purpose of maintaining space ecology and improving reliability of spacecraft due to the negative effects of dust generated from them on elements, including those of the spacecraft themselves.
Keywords: scanning tunneling microscopy, Earth satellite, cosmic dust, solar wind, ion interaction with matter
For citation: B.A. Loginov, V.A. Bespalov, Yu.V. Khripunov, A.B. Loginov, V.B. Loginov, М.А. Shcherbina, V.S. Akinina, D.А. Baturova, А.V. Pichugina, А.S. Serenok, I.I. Uleva, D.S. Shevchenko. Research on dust formation mechanisms in space. NANOINDUSTRY. 2025. Vol. 18. No. 5. PP. 248–252. https://doi.org/10.22184/1993-8578.2025.18.5.248.252.
ВВЕДЕНИЕ
Россией в космос 27 июня 2023 года в спутнике Земли "Нанозонд-1" (https://r4uab.ru/satdb/nanozond-1/) был запущен первый в мире [1] спутниковый сканирующий зондовый микроскоп марки "СММ-2000С", который продолжает успешно работать в открытом космосе. Для анализа мировым научным сообществом опубликованы [2] многие полученные в нем с нанометровой точностью кадры изменения металлической поверхности, открытой на влияние космоса. Например, стали известны кадры обдирания поверхности солнечным ветром (рис.1). Однако, если ранее акцент анализа этих кадров был только на разрушении поверхности, то в данной публикации впервые поднят вопрос о судьбе материала, снятого с поверхности ионами солнечного ветра.
Гипотеза и эксперимент
Возникновение гипотезы о еще одном механизме возникновения пыли в космическом пространстве связано с возникшим вопросом о том, куда и как направляются атомы материала поверхности, снятые ионами солнечного ветра с поверхности. Общеизвестно, что в результате различных видов снятия или эмиссии атомов с поверхности, например, при нагреве, испарении лазером или при ионной бомбардировке, атомы, или же целые кластеры из атомов, улетают, собираясь между собой по мере полета в частицы. Для условий космоса они являются ничем иным, как частицами пыли. Таким образом, образно говоря, все космические аппараты, а также все остальные космические тела, в том числе космический мусор, представляют собой "кометы с хвостом из пыли" (рис.2).
Ставится вопрос – мешает ли эта пыль другим космическим аппаратам, или же она является помехой и для того же самого космического корабля, с которого летит? Для выяснения этого вопроса был проведен эксперимент. В "Вакуумно-плазменной установке МАГ-5" (Завод ПРОТОН", Зеленоград, Россия, www.microscopy.su) [3], на одну минуту зажигалась эквивалентная по энергии солнечному ветру аргоновая плазма (рис.3), которая направлялась на пластинки размером около 100 × 100 мм из разных материалов, в первую очередь на часто использующуюся в космосе для ловли микрометеоритов медь [4], при этом на расстоянии всего около 100 мм от плазмы устанавливалась подложка в виде кварцевой пластинки, предварительно покрытой слоем хрома толщиной 90 нм для лучшей адгезии к осаждению на нее частиц из распыляемого плазмой материала. Далее кварцевые подложки просматривались в "Микроскопе сканирующем зондовом СММ-2000" (Завод ПРОТОН", Зеленоград, Россия, www.microscopy.su) в произвольных точках (рис.2), при этом устойчиво регистрировались упавшие частицы, подтверждая гипотезу, и подтверждая, что частицы пыли образуются в непосредственной близости от поверхности, и поэтому опасны в том числе и для того же космического корабля, с поверхности которого образуются. Далее, для статистики, для разных применяемых в космических аппаратах материалов на разных расстояниях от места воздействия плазмой до подложки измерялась плотность и средний диаметр упавших на подложку частиц.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Таким образом, высказанная Логиновым Б.А. на XXIX Симпозиуме "Нанофизика и наноэлектроника" (Нижний Новгород, 10–14 марта 2025 г.) гипотеза о еще одном возможном механизме образования в космосе пыли от снятого солнечным ветром с поверхности космических объектов материала – подтверждена. Подтверждена также опасность данной пыли не только для других космических кораблей, но и именно для того же космического корабля, с поверхности которого эта пыль образуется. Гипотеза будет далее подтверждаться непосредственно в космосе на последующих запускаемых в космос [5] космических зондовых микроскопах.
БЛАГОДАРНОСТИ
Данная работа выполнена при партнерстве Национального исследовательского университета МИЭТ, АО "Завод ПРОТОН", г. Зеленоград, Орловского государственного университета имени И. С. Тургенева, а также Образовательного центра "Сириус", на базе которого на направлении "Новые материалы и нанотехнологии" (рис.3) научно-технологической проектной образовательной программе "Большие вызовы" в 2025 году были реализованы вышеописанные эксперименты по подтверждению гипотезы.
ИНФОРМАЦИЯ О РЕЦЕНЗИРОВАНИИ
Редакция благодарит анонимного рецензента (рецензентов) за их вклад в рецензирование этой работы, а также за размещение статей на сайте журнала и передачу их в электронном виде в НЭБ eLIBRARY.RU.
Декларация о конфликте интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликтов интересов или личных отношений, которые могли бы повлиять на работу, представленную в данной статье.
ЛИТЕРАТУРА / REFERENCES
Логинов Б.А. Комплекс зондовой микроскопии для работы в космическом пространстве и атмосфере. Патент на изобретение 2778278 C1, 17.08.2022. Заявка № 2021128836 от 04.10.2021.
Логинов Б.А., Беспалов В.А., Хрипунов Ю.В., Логинов А.Б., Логинов В.Б., Панфилов А.А., Пашков Д.А. Первичный анализ снимков с первого в мире космического зондового микроскопа "СММ-2000С" в спутнике Земли "Нанозонд-1". НАНОИНДУСТРИЯ. 2025. Т. 18. № 2. С. 88–102. https://doi.org/10.22184/1993-8578.2025.18.2.88.102
Логинов Б.А., Беспалов В.А., Образцов А.Н., Логинов А.Б., Логинов В.Б., Хрипунов Ю.В., Щербина М.А., Севостьянова Д.А., Богданова Д.С., Горбачев Р.Г., Кондратьева К.Е., Лебедева М.А., Мульгин А.А., Шевченко Д.А. Разработка широкопольного сканера профилометра и новых способов измерения твердости для первого в мире атомно-силового микроскопа спутника Земли. НАНОИНДУСТРИЯ. 2024. Т. 17. № 5. С. 248–258. https://doi.org/
10.22184/1993-8578.2024.17.5.248.258
Беспалов В.А., Логинов Б.А., Новиков Л.С., Никитушкина О.Н. Исследование ударной микроструктуры на поверхности медной пластины, экспонировавшейся в открытом космосе. Физика и xимия обработки материалов. 2008. № 2. С. 28–31.
Логинов Б.А. Первый в мире сканирующий зондовый микроскоп в виде спутника как старт этапа научных спутников-лабораторий. НАНОИНДУСТРИЯ. 2021. № 5. С. 22–26. https://doi.org/ 10.22184/1993-8578.2021.14.5.270.274
eng



