Po poročanju ruskih medijev v zadnjem času ruska nacionalna vesoljska korporacija razvija nove materiale za uporabo v proizvodnji raket, vesoljskih plovil, satelitov in drugih vesoljskih plovil. Hkrati države, vključno z ZDA in Združenim kraljestvom, razpravljajo tudi o tehnologiji oblikovanja in obdelave novih vesoljskih materialov ter natančni izdelavi zapletenih delov vesoljskih plovil in tehnologije inteligentne opreme. Zakaj torej vesoljsko inženirstvo toliko pozornosti namenja razvoju materiala?
Temelj vesoljskega plovila
Vesoljska plovila so vozila, ki delujejo v vesolju v skladu z zakoni nebesne mehanike in opravljajo posebne naloge, kot so raziskovanje, razvoj in uporaba vesolja in nebesnih teles. Vključujejo predvsem rakete, satelite in vesoljska plovila. So" pionirji" človeštva pri odpiranju in širjenju v vesolju.
Vendar pa ta" pionirski" ni primeren. Da bi prebila omejitve zemeljske atmosfere', bo vesoljsko plovilo ustvarilo trenje z atmosfero pri letenju z velikimi hitrostmi, njegova toplota pa lahko doseže celo več kot 2000 stopinj Celzija. Ko se vesoljsko plovilo izbije iz zemeljske atmosfere, se preizkušnja na tem ne bo ustavila. V vesoljskem okolju bo ultravijolično sevanje, sevanje delcev, toplotno sevanje itd. Prineslo veliko izzivov vesoljskim plovilom. Tudi v vakuumskem okolju bo kot&"; naprava za pokal &". Prav tako preizkuša vzdržljivost kože vesoljskega plovila.
Poleg tega obstajajo velike grožnje, ki jih predstavljajo vesoljski predmeti, kot so mikro meteorji v vesolju in ostanki vesoljskih plovil. So kot potepuške krogle, ki preizkušajo&moč; vesoljske ladje in vsi zgoraj omenjeni testi, s katerimi se soočajo vesoljska plovila, morajo biti podprti z materiali vesoljskega plovila.
Materiali so pomemben steber sodobne znanosti in tehnologije, družbenega in gospodarskega razvoja ter nacionalne varnosti. Številne države na svetu so tehnologijo materialov vključile v svoje nacionalne ključne tehnološke raziskovalne načrte. Posebej je vidna odvisnost vesoljske opreme od materialov. To je zato, ker materiali niso samo dejanski nosilci ostrega vesoljskega okolja, ampak se včasih tudi lotijo pomembnih nalog, kot so napajanje, zaščita in odvajanje toplote.
Vendar izbira materialov za vesoljska plovila ni lahka naloga. Po eni strani, ker ima vesoljsko plovilo zapleteno strukturo, vključno z zahtevami po visoki temperaturni odpornosti, odpornosti na udarce in celo odpornosti na nizke temperature, je treba po tehtanju različnih zahtev opraviti obsežno analizo, ki temelji na zasnovi konstrukcije vesoljskega plovila. in pogojev se dokončno določi ustrezen material. Po drugi strani pa, ker je obstoječi materialni sistem zelo velik, se novi materiali nenehno razvijajo.
Na splošno je materialni sistem vesoljskega plovila zelo zapleten, predvsem vključuje strukturne materiale, ki realizirajo nosilnost vesoljskega plovila, funkcionalne materiale, ki uresničujejo zahteve po temperaturnem nadzoru in toplotni odpornosti ter gorivo za pospeševanje leta vesoljskega plovila.
Trdni in tanki strukturni materiali
Konstrukcijski material temelji na mehanskih lastnostih in je material, ki se uporablja za izdelavo nosilnih komponent. Ta material je kot kosti vesoljskega plovila, oblikovalec njegove oblike.
Vendar je delež strukturnih materialov v vesoljskih plovilih zelo majhen. Če vzamemo za primer raketo, je delež strukturnega materiala lupine rakete v celoti skoraj enak deležu jajčne lupine v celotnem jajcu. To je zato, ker je na raketah gorivo" mrtva teža" in ga po želji ni mogoče povečati ali zmanjšati. Zato si bodo raziskovalci omislili lupino rakete in lupino rakete naredili tanjšo, da bi zmanjšali težo rakete.
Na vsak kilogram teže rakete' lahko poveča tovor za en kilogram. Pomembno funkcijo lahko dodamo nosilnim satelitom in vesoljskim plovilom.
Ko raketa doseže prvo kozmično hitrost, nosi zelo veliko silo, ki lahko doseže približno 7-krat večjo lastno težo, kar zahteva, da ji materiali zdržijo. Ne samo to, ko se raketa leti, se sooča tudi z ogromno aerodinamično toploto, ki jo ustvarja trenje z ozračjem, njen motor pa se sooča tudi z nepredstavljivo toplotno energijo.
V tem primeru je manjša teža konstrukcijskega materiala, boljša, višja je temperatura, odporna proti vročini, boljša in potrebna je določena stopnja preoblikovanja. Čeprav imajo volfram in druge neželezne kovine boljšo temperaturno odpornost, je njihova lastna gostota zelo velika, hkrati pa so zelo drage in jih je težko oblikovati, kar močno poveča proizvodne stroške.
Pod različnimi omejitvami so kovinski materiali na osnovi železa, to je jeklo, vstopili v vidno polje znanstvenih raziskovalcev. Čeprav lahko toplotno odporna temperatura navadnega jekla doseže le približno 1000 stopinj Celzija, lahko uporaba niklja, kobalta, volframa in drugih elementov učinkovito zviša temperaturo jekla, celo do približno 1500 stopinj Celzija, zato ga imenujemo [GG ] quot; superzlitina" ;. Hkrati. Tudi ta material je razmeroma enostavno oblikovati, zato je bil vedno ljubljenec vesoljskih plovil.
Kasneje so raziskovalci odkrili titanove zlitine. Z enako trdnostjo ima ta material lažje dele, zato je postal" sladko in sladko" v strukturnih materialih vesoljskih plovil. Ker pa je temperaturna odpornost titanove zlitine slabša kot pri visokotemperaturni zlitini, jo je treba obložiti z visoko temperaturno obstojnimi funkcionalnimi materiali.
Z napredkom človeškega raziskovanja vesolja in razvojem znanosti o materialih so sestavljeni materiali postali nova sila v strukturnih materialih vesoljskih plovil. Na primer ogljik-ogljik, ogljik-kremen in drugi kompozitni materiali na osnovi keramike ne morejo vzdržati le visokih temperatur 2000 stopinj Celzija, temveč imajo tudi zelo majhno težo.
Skratka, hiter napredek materialov in sorodnih tehnologij bo še naprej spodbujal razvoj vesoljske tehnologije, kar bo človeštvu omogočilo, da vidi dlje, jasneje in dlje in varneje.
