ПРОБЛЕМЫ ПОДГОТОВКИ И ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВИ ПО РОСТУ КРИСТАЛЛОВ В КОСМОСЕ

© И.А.Прохоров, И.Л.Шульпина, Ю.А.Серебряков, Е.Н.Коробейникова
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "К.Э. Циолковский и проблемы космического производства"
2015 г.

Проведенные к настоящему времени в России многочисленные эксперименты по выращиванию кристаллов в космосе (более 800) показали принципиальную возможность получения в условиях микрогравитации кристаллов с уникальными по микрооднородности характеристиками. Однако по совокупности требуемых параметров и воспроизводимости результатов на данном этапе космические кристаллы уступают образцам, выращиваемым по передовым земным технологиям. Многочисленные специфические факторы орбитального полета оказывают заметное влияние на процесс кристаллизации и осложняют получение совершенных и однородных кристаллов. Успешному проведению экспериментов иногда мешают факторы, связанные как с известными рисками эксплуатации ракетной техники (например, взрыв на старте ракеты с автоматическим космическим аппаратом (АКА) «Фотон-М1»), так и со сложностью выполнения экспериментов на автоматическом оборудовании. В частности, известны такие факты отказа в работе оборудования: нарушение в работе ростовой печи с вращающимся магнитным полем (АКА «Фотон-9»), заклинивание механизма перемещения ампулы в печи (АКА «Фотон-12»), аварийное отключение оборудования в результате нарушения состава атмосферы из-за совмещения технологических и биологических экспериментов (АКА «Фотон-М4»); во время транспортировки с места посадки АКА «Фотон-10» из-за нештатной ситуации на вертолете был проведен сброс и разрушение аппарата.

Детальный анализ реальной структуры кристаллов GaSb(Te), выращенных по программе наземной подготовки космических экспериментов на борту АКА «Фотон-М4» подтвердил ранее полученные результаты об улучшении реальной структуры кристаллов при росте в условиях ослабленной термогравитационной конвекции. Полосы роста в перекристаллизованной части кристалла не были выявлены даже наиболее чувствительным плосковолновым методом рентгеновской топографии. Однако в целом структура кристалла оказалась хуже за счет образования двойников, малоугловых границ и крупного дефекта в срединной части кристалла. Одной из причин этого является снижение требований к качеству исходных кристаллов в экспериментах последнего времени. Исходный кристалл оказался не только сильно-дислокационным, но и содержал твердые частицы-включения, которые высадились на первичном фронте кристаллизации, продекорировав его. Источником крупного дефекта в середине кристалла стала крупная твердая частица, вызвавшая образование области сильных напряжений и серии двойников. Однако в центральной части кристалла вблизи границы перекристаллизации длиной 8 мм наблюдалось снижение плотности дислокаций и повышение совершенства структуры кристалла в сравнении с затравкой. Это подтверждается уменьшением полуширины рентгеновской двухкристальной кривой качания с 6,5 до 5,7.

Снижение требований к качеству исходных кристаллов обусловлено, прежде всего, отсутствием должного финансирования работ, связанных с подготовкой экспериментов и использованием необходимых по качеству исходных кристаллов.

Исследования проведены при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований и Правительства Калужской области (проект № 14-42-03034).