Nyligen, enligt ryska medierapporter, utvecklar ryska National Aerospace Corporation nya material för användning vid tillverkning av skjutfordon, rymdfarkoster, satelliter och andra rymdfarkoster. Samtidigt diskuterar länder inklusive USA och Storbritannien också formnings- och bearbetningstekniken för nya rymdmaterial och den exakta tillverkningen av komplexa delar av rymdfarkoster och intelligent utrustningsteknik. Så varför ägnar flygteknik så mycket uppmärksamhet åt materialutveckling?
Rymdfarkostens fundament
Rymdfarkoster är fordon som arbetar i rymden i enlighet med lagarna för himmelmekanik och utför specifika uppgifter som utforskning, utveckling och utnyttjande av rymden och himmellegemerna. De inkluderar främst raketer, satelliter och rymdfarkoster. De är" pionjärer" mänskligheten när den öppnar sig och expanderar i universum.
Denna" pionjär" är inte lämpligt. För att bryta igenom begränsningarna i jordens atmosfär&39 kommer rymdfarkosten att generera friktion med atmosfären när den flyger i höga hastigheter, och dess värme kan till och med nå mer än 2000 grader Celsius. När rymdfarkosten bryter ut ur jordens atmosfär kommer besväret inte att stanna där. I rymdmiljön kommer ultraviolett strålning, partikelstrålning, termisk strålning etc. att medföra många utmaningar för rymdfarkosten. Även i en vakuummiljö kommer det att vara som en" koppningsanordning" ;. Det testar också uthållighet hos rymdfarkosten.
Dessutom finns det stora hot från rymdobjekt som mikrometeorer i rymden och rymdfarkostrester. De är som omvända kulor som testar" styrka" av rymdfarkoster, och alla ovan nämnda tester som rymdfarkoster står inför är att upprätthållas av rymdfarkostens material.
Material är en viktig pelare i modern vetenskap och teknik, social och ekonomisk utveckling och nationell säkerhet. Många länder i världen har inkluderat materialteknik i sina nationella nyckelforskningsplaner. Beroendet av flygutrustning av material är särskilt framträdande. Detta beror på att material inte bara är bärare av den hårda rymdmiljön utan ibland också utför viktiga uppgifter som strömförsörjning, skärmning och värmeavledning.
Valet av rymdskeppsmaterial är dock inte en lätt uppgift. Å ena sidan, eftersom rymdfarkosten har en komplex struktur, inklusive krav på högtemperaturmotstånd, slagtålighet och till och med lågtemperaturmotstånd, måste en omfattande analys utföras och baseras på rymdfarkostens konstruktionsdesign. och betingelser bestäms slutligen det lämpliga materialet. Å andra sidan, eftersom det befintliga materialsystemet är mycket stort utvecklas ständigt nya material.
Generellt sett är rymdskeppets materialsystem mycket komplicerat, inklusive huvudsakligen konstruktionsmaterial som realiserar rymdfarkostens belastning, funktionella material som uppfyller kraven för temperaturkontroll och värmebeständighet och bränsle för att främja rymdfarkostens flygning.
Tuffa och tunna strukturmaterial
Konstruktionsmaterialet är baserat på de mekaniska egenskaperna och är det material som används för att tillverka de kraftbärande komponenterna. Detta material är som ett rymdskepps ben, formen av dess form.
Andelen strukturmaterial i rymdfarkoster är dock mycket liten. Om vi tar raket som ett exempel är andelen raketskalets strukturella material nästan samma som andelen av äggskalet i hela ägget. Detta beror på att raket är bränslet" dödvikt" och kan inte ökas eller minskas efter behag. Därför kommer forskare att tänka på rakets skal och göra rakets skal tunnare för att minska raketens vikt.
För varje kilo av raketens vikt kan den öka sin nyttolast med ett kilo. En viktig funktion kan läggas till de transporterade satelliterna och rymdfarkosten.
När raketen når den första kosmiska hastigheten, bär den en mycket stor kraft, som kan nå cirka 7 gånger sin egen vikt, vilket kräver material för att motstå den. Inte bara det, när raketen flyger, står den också inför enorm aerodynamisk värme som genereras av friktion med atmosfären, och dess motor står också inför ofattbar värmeenergi.
I detta fall, ju lättare vikten av strukturmaterialet är, desto bättre, desto högre är den värmebeständiga temperaturen, desto bättre och en viss form av formbarhet krävs. Även om volfram och andra icke-järnmetaller har bättre temperaturbeständighet är deras egen densitet mycket hög och samtidigt är de mycket dyra och svåra att forma, vilket avsevärt ökar tillverkningskostnaden.
Under olika begränsningar har järnbaserade metallmaterial, det vill säga stål, gått in i vetenskapliga forskares synfält. Även om den värmebeständiga temperaturen i vanligt stål bara kan nå cirka 1000 grader Celsius, kan användningen av nickel, kobolt, volfram och andra element effektivt öka stålets temperatur, till och med nå cirka 1500 grader Celsius, så det heter [GG ] quot; superlegering" ;. Samtidigt. Detta material är också relativt lätt att forma, så det har alltid varit älskling av rymdfarkoster.
Senare upptäckte forskare titanlegeringar. Med samma styrka har detta material lättare delar, så det har blivit" sweet and sweet" i rymdfarkostkonstruktionsmaterial. Eftersom temperaturbeständigheten för titanlegering är sämre än för högtemperaturlegering, måste den dock fodras med högtemperaturbeständiga funktionella material.
Med mänsklighetens framsteg&39: s utforskning av rymden och utvecklingen av materialvetenskap har kompositmaterial blivit en ny kraft inom rymdfarkostens strukturmaterial. Till exempel tål kol-kol, kol-kiseldioxid och andra keramiska baserade kompositmaterial inte bara höga temperaturer på 2000 grader Celsius utan har också mycket låg vikt.
Kort sagt, den snabba utvecklingen av material och relaterad teknik kommer ytterligare att främja utvecklingen av rymdteknik, vilket gör att mänskligheten kan se längre, tydligare och gå längre och säkrare.
