Учёные из Института общей и неорганической химии им. Н. С. Курнакова РАН, Института проблем механики им. А. Ю. Ишлинского РАН и Института металлургии и материаловедения им. А. А. Байкова РАН изготовили и испытали термозащитный материал, предназначенный для работы в условиях атмосферы Марса. Результаты исследования опубликованы в «Журнале неорганической химии» (№ 10, 2026). Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки России.
Новый материал — это керамический композит на основе тугоплавкого диборида циркония (ZrB₂) с добавками карбида кремния (SiC) и графита. В ходе экспериментов исследовался состав ZrB₂ — 30 об. % SiC, модифицированный 10 об. % графита. Диборид циркония образует основу, обеспечивающую тугоплавкость и устойчивость к высоким температурам. Карбид кремния добавлен для усиления окислительной стойкости, а графит — для улучшения механических свойств. Итоговый материал был получен методом горячего прессования при температуре 1800 °C и давлении 30 МПа. Речь идёт о классе ультравысокотемпературной керамики, способной выдерживать нагрев свыше 2000 °C, сохраняя стабильность, теплопроводность и стойкость к окислению.
Почему марсианская атмосфера создаёт особые нагрузки
Газовая оболочка Марса на 95% состоит из углекислого газа и примерно в 80 раз менее плотная, чем земная. Однако даже в такой разреженной среде высокая скорость входа спускаемого аппарата в атмосферу создаёт сильный нагрев. При этом молекулы CO₂ распадаются на угарный газ и активный атомарный кислород, которые разрушают материал теплозащиты. Именно поэтому для марсианских миссий требуются материалы, устойчивые не только к температуре, но и к химическому воздействию диссоциированного углекислого газа.
Как проходили испытания
Образцы закрепили в медной водоохлаждаемой модели и при давлении в барокамере около 10 кПа (примерно 0,1 атм) подвергли воздействию высокотемпературного потока CO₂-плазмы — потока заряженных частиц, образованных из распавшегося углекислого газа. Струю создавали с помощью плазмотрона, мощность которого во время испытаний ступенчато повышали.
Результаты показали, что даже при максимальной мощности температура поверхности образца не превысила 1450 °C. Из-за относительно невысокой температуры скорость абляции — уноса материала потоком газа — оказалась незначительной: 3,1 × 10⁻⁴ г·см⁻²·мин⁻¹. За время, сопоставимое со спуском аппарата в атмосфере Марса, потеря массы образцов составила 0,2%. Толщина окисленного слоя также увеличилась незначительно. Основным кристаллическим продуктом реакции стал моноклинный диоксид циркония (ZrO₂), также обнаружены следы тетрагонального диоксида кремния (SiO₂). Микроструктура окисленной поверхности оказалась похожа на ту, что образуется при окислении в статическом воздухе при температурах ниже 1750–1800 °C. Несмотря на высокое содержание графита, признаков его выгорания с образованием дефектов не обнаружено: защитную функцию, по предположению учёных, взял на себя боросиликатный расплав — стекловидная масса, образовавшаяся на поверхности.
Что это значит для космических миссий
По словам авторов работы, полученные данные позволяют сделать вывод о перспективности композита для защиты наиболее термонагруженных узлов спускаемых аппаратов в марсианской атмосфере. Вместе с тем учёные подчёркивают: современные требования к космической технике могут диктовать высокую устойчивость новых материалов в условиях тепловых потоков с высокой плотностью и давлением, поэтому необходимы дальнейшие систематические исследования. Таким образом, речь идёт не о готовом решении, а о лабораторно подтверждённой концепции, которая прошла первые испытания в среде, имитирующей марсианский вход. Следующие шаги будут связаны с расширением диапазона нагрузок и проверкой поведения материала в более жёстких режимах, приближенных к реальным условиям спуска.
