Hiljuti arendab Venemaa meediakanalite kohaselt Venemaa riiklik lennundus- ja kosmosekorporatsioon uusi materjale, mida kasutatakse kanderakettide, kosmosesõidukite, satelliitide ja muude kosmosesõidukite valmistamiseks. Samal ajal arutavad riigid, sealhulgas Ameerika Ühendriigid ja Suurbritannia, ka uute lennundus- ja kosmosematerjalide vormimis- ja töötlemistehnoloogiat ning kosmoseaparaatide keerukate osade ja intelligentsete seadmete tehnoloogia täpset valmistamist. Miks siis pööratakse lennundustehnikas nii palju tähelepanu materjali arendamisele?
Kosmoseaparaadi vundament
Kosmosesõidukid on sõidukid, mis töötavad kosmoses vastavalt taevamehaanika seadustele ja täidavad konkreetseid ülesandeid nagu kosmose ja taevakehade uurimine, arendamine ja kasutamine. Nende hulka kuuluvad peamiselt raketid, satelliidid ja kosmoseaparaadid. Nad on pioneerid &; inimkonna avanemisele ja laienemisele universumis.
Kuid see&pioneer&ei ole asjakohane. Maa' atmosfääri piirangutest läbi murdmiseks tekitab kosmoseaparaat suurel kiirusel lennates hõõrdumise atmosfääriga ja selle kuumus võib ulatuda isegi üle 2000 kraadi Celsiuse järgi. Kui kosmoseaparaat Maa atmosfäärist välja murrab, ei katke katsumus sellega. Kosmosekeskkonnas toovad ultraviolettkiirgus, osakeste kiirgus, soojuskiirgus jne kosmoseaparaadile palju väljakutseid. Isegi vaakumkeskkonnas on see nagu &; Kupiseade &. Samuti testitakse kosmoseaparaadi naha vastupidavust.
Lisaks on suured ohud kosmoseobjektid, näiteks kosmoses olevad mikro meteoorid ja kosmosesõidukite prahid. Need on nagu hulkuvad kuulid, mis testivad&hinnad; tugevus&hinnad. kosmoseaparaadi ja kõigi ülalnimetatud katsetega, millega kosmoseaparaat silmitsi seisab, peavad kosmoseaparaadi materjalid püsima.
Materjalid on kaasaegse teaduse ja tehnoloogia, sotsiaalse ja majandusliku arengu ning riigi julgeoleku oluline tugisammas. Paljud maailma riigid on lisanud materjalitehnoloogia oma riiklikesse peamistesse tehnoloogiauuringute kavadesse. Lennukiseadmete sõltuvus materjalidest on eriti silmatorkav. Seda seetõttu, et materjalid ei ole mitte ainult karmi kosmosekeskkonna tegelikud kandjad, vaid võtavad mõnikord ette ka olulisi ülesandeid, nagu toiteallikas, varjestus ja soojuse hajutamine.
Kosmosesõidukite materjalide valik pole aga lihtne ülesanne. Ühelt poolt, kuna kosmoseaparaadil on keeruline struktuur, sealhulgas nõuded kõrgele temperatuurile, löögikindlusele ja isegi madalale temperatuurile, tuleb läbi viia põhjalik analüüs, mis põhineb kosmoseaparaadi konstruktsioonil, pärast erinevate nõuete kaalumist ja tingimused, määratakse lõpuks sobiv materjal. Teiselt poolt, kuna olemasolev materjalisüsteem on väga suur, arendatakse pidevalt uusi materjale.
Üldiselt on kosmoseaparaadi materiaalne süsteem väga keeruline, hõlmates peamiselt struktuurimaterjale, mis realiseerivad kosmoseaparaadi kandevõime, funktsionaalseid materjale, mis täidavad temperatuuri reguleerimise ja kuumakindluse nõudeid, ning kütust kosmoseaparaadi lennu edendamiseks.
Karmid ja õhukesed konstruktsioonimaterjalid
Konstruktsioonimaterjal põhineb mehaanilistel omadustel ja seda materjali kasutatakse kandvate komponentide valmistamiseks. See materjal on nagu kosmoseaparaadi luud, selle kuju kujundaja.
Kuid struktuurimaterjalide osakaal kosmoseaparaatides on väga väike. Raketi näitena on raketikesta struktuurimaterjali osakaal tervikus peaaegu sama kui munakoore osakaal kogu munas. Seda seetõttu, et rakettidel on kütuseks &, tühimassiks&ja seda ei saa oma suva järgi suurendada ega vähendada. Seetõttu panevad teadlased raketi kaalu vähendamiseks oma mõtte raketi kestale ja muudavad raketi kesta õhemaks.
Raketi iga kilogrammi' kaalu kohta võib see oma koormust suurendada ühe kilogrammi võrra. Olulist funktsiooni saab lisada kaasaskantavatele satelliitidele ja kosmoseaparaatidele.
Kui rakett saavutab esimese kosmilise kiiruse, kannab see väga suurt jõudu, mis võib ulatuda umbes 7 korda suuremaks kui tema enda mass, mis nõuab materjalide talumist. Vähe sellest, kui rakett lendab, seisab ta silmitsi ka tohutu aerodünaamilise soojusega, mis tekib atmosfääri hõõrdumisel, ja mootor seisab silmitsi ka kujuteldamatu soojusenergiaga.
Sel juhul, mida kergem on struktuurimaterjali kaal, seda parem, seda kõrgem on kuumuskindel temperatuur, seda parem ja teatud määral on vaja vormitavust. Kuigi volframil ja muudel värvilistel metallidel on parem temperatuuritaluvus, on nende enda tihedus väga kõrge ning samal ajal on need väga kallid ja neid on raske vormida, mis suurendab oluliselt tootmiskulusid.
Erinevate piirangute all on rauapõhised metallmaterjalid, see tähendab teras, jõudnud teadlaste vaatevälja. Ehkki tavalise terase kuumuskindel temperatuur võib ulatuda vaid umbes 1000 kraadini, võib nikli, koobalti, volframi ja muude elementide kasutamine terase temperatuuri tõhusalt tõsta, ulatudes isegi umbes 1500 kraadini, nii et see kannab nime [GG supersulam &. Samaaegselt. Seda materjali on ka suhteliselt lihtne vormida, nii et see on alati olnud kosmosesõidukite kallis.
Hiljem avastasid teadlased titaanisulamid. Sama tugevusega on sellel materjalil kergemad osad, nii et sellest on saanud &; magus ja magus &. kosmoseaparaatide konstruktsioonimaterjalides. Kuid kuna titaanisulami temperatuurikindlus on halvem kui kõrgel temperatuuril sulamist, tuleb see vooderdada kõrgtemperatuurile vastupidavate funktsionaalsete materjalidega.
Inimkonna' kosmoseuuringute ja materjaliteaduse arenguga on komposiitmaterjalidest saanud kosmoseaparaatide struktuurimaterjalide uus jõud. Näiteks süsinik-süsinik, süsinik-ränidioksiid ja muud keraamikal põhinevad komposiitmaterjalid ei pea vastu mitte ainult kõrgetele temperatuuridele 2000 Celsiuse järgi, vaid neil on ka väga väike kaal.
Lühidalt, materjalide ja nendega seotud tehnoloogiate kiire areng soodustab veelgi kosmosetehnoloogia arengut, võimaldades inimkonnal näha kaugemat, selgemat ning kaugemale ja ohutumalt.
