Recentment, segons informes de mitjans russos, la Corporació Aeroespacial Nacional de Rússia està desenvolupant nous materials per a la fabricació de vehicles de llançament, naus espacials, satèl·lits i altres naus espacials. Al mateix temps, països com els Estats Units i el Regne Unit també debaten sobre la tecnologia de conformació i processament de nous materials aeroespacials i la fabricació precisa de peces complexes de naus espacials i tecnologia d'equips intel·ligents. Llavors, per què l’enginyeria aeroespacial presta tanta atenció al desenvolupament de materials?
El fonament de la nau espacial
Les naus espacials són vehicles que operen a l’espai d’acord amb les lleis de la mecànica celeste i realitzen tasques específiques com l’exploració, el desenvolupament i la utilització de l’espai i els cossos celestes. Inclouen principalment coets, satèl·lits i naus espacials. Són els" pioners" de la humanitat en obrir-se i expandir-se a l’univers.
Tanmateix, aquest" pioner" no és adequat. Per tal de trencar les restriccions de l'atmosfera terrestre, la nau espacial generarà fricció amb l'atmosfera quan vola a velocitats elevades, i la seva calor pot arribar a superar els 2000 graus centígrads. Quan la nau espacial surt de l'atmosfera terrestre, el calvari no s'aturarà aquí. A l’entorn espacial, la radiació ultraviolada, la radiació de partícules, la radiació tèrmica, etc. comportarà molts desafiaments a la nau espacial. Fins i tot en un entorn de buit, serà com un dispositiu" També posa a prova la resistència de la pell de la nau espacial.
A més, hi ha grans amenaces que representen objectes espacials, com ara micro meteors a l’espai i restes de naus espacials. Són com bales perdudes que posen a prova la" la força" de les naus espacials, i totes les proves esmentades anteriorment a què s’enfronten les naus espacials han de ser sostingudes pels materials de la nau espacial.
Els materials són un pilar important de la ciència i la tecnologia modernes, el desenvolupament econòmic i social i la seguretat nacional. Molts països del món han inclòs la tecnologia de materials en els seus plans nacionals d'investigació de tecnologia clau. La dependència dels equips aeroespacials dels materials és particularment important. Això es deu al fet que els materials no només són els portadors reals del dur entorn de l’espai, sinó que a vegades també duen a terme tasques importants com ara l’alimentació elèctrica, el blindatge i la dissipació de calor.
No obstant això, l'elecció dels materials de les naus espacials no és una tasca fàcil. D’una banda, com que la nau té una estructura complexa, que inclou requisits de resistència a altes temperatures, resistència a l’impacte i fins i tot a baixa temperatura, s’ha de realitzar una anàlisi completa basada en el disseny de l’estructura de la nau, després de pesar diversos requisits. condicions, es determina finalment el material adequat. D’altra banda, com que el sistema de materials existent és molt gran, s’estan desenvolupant constantment nous materials.
En termes generals, el sistema material de la nau espacial és molt complicat, incloent principalment materials estructurals que realitzen la càrrega de la nau espacial, materials funcionals que compleixen els requisits de control de temperatura i resistència a la calor i combustible per afavorir el vol de la nau espacial.
Materials estructurals resistents i prims
El material estructural es basa en les propietats mecàniques i és el material utilitzat per fabricar els components que suporten la força. Aquest material és com els ossos d’una nau espacial, el modelador de la seva forma.
No obstant això, la proporció de materials estructurals en les naus espacials és molt petita. Prenent com a exemple el coet, la proporció del material estructural de la closca del coet en el seu conjunt és gairebé la mateixa que la proporció de la closca de l’ou en l’ou sencer. Això es deu al fet que en els coets, el combustible és" pes mort" i no es pot augmentar ni disminuir a voluntat. Per tant, els investigadors posaran la seva ment a la closca del coet i faran que la closca del coet sigui més prima per reduir el pes del coet.
Per cada quilogram de pes del coet &, pot augmentar la seva càrrega útil en un quilogram. Es pot afegir una funció important als satèl·lits i a les naus espacials transportades.
Quan el coet assoleix la primera velocitat còsmica, té una força molt gran, que pot assolir aproximadament 7 vegades el seu propi pes, cosa que requereix materials per suportar-lo. No només això, quan el coet vola, també s’enfronta a una enorme calor aerodinàmica generada per la fricció amb l’atmosfera, i el seu motor també s’enfronta a una energia calorífica inimaginable.
En aquest cas, com més lleuger sigui el pes del material estructural, millor serà, més alta serà la temperatura resistent a la calor, millor i es requereix un cert grau de formabilitat. Tot i que el tungstè i altres metalls no fèrrics tenen una millor resistència a la temperatura, la seva pròpia densitat és molt alta i, al mateix temps, són molt cars i difícils de modelar, cosa que augmenta molt el cost de fabricació.
Sota diverses restriccions, els materials metàl·lics a base de ferro, és a dir, l’acer, han entrat al camp de visió dels investigadors científics. Tot i que la temperatura resistent a la calor de l’acer normal només pot arribar als 1.000 graus centígrads, l’ús de níquel, cobalt, tungstè i altres elements pot augmentar eficaçment la temperatura de l’acer, fins i tot arribar als 1500 graus centígrads, per la qual cosa s’anomena [GG ] quot; superaliatge" ;. Simultàniament. Aquest material també és relativament fàcil de modelar, de manera que sempre ha estat l’amor de les naus espacials.
Més tard, els investigadors van descobrir els aliatges de titani. Amb la mateixa resistència, aquest material té parts més lleugeres, de manera que s’ha convertit en el" dolç i dolç" en materials estructurals de naus espacials. Tanmateix, atès que la resistència a la temperatura de l'aliatge de titani és pitjor que la de l'aliatge d'alta temperatura, s'ha de revestir de materials funcionals resistents a altes temperatures.
Amb l'avenç de l'exploració de l'espai per part de la humanitat&i el desenvolupament de la ciència dels materials, els materials compostos s'han convertit en una nova força en els materials estructurals de les naus espacials. Per exemple, carboni-carboni, carboni-sílice i altres materials compostos a base de ceràmica no només poden suportar altes temperatures de 2.000 graus centígrads, sinó que també tenen un pes molt baix.
En resum, el ràpid progrés dels materials i les tecnologies relacionades afavorirà encara més el desenvolupament de la tecnologia aeroespacial, permetent a la humanitat veure més lluny, més clar i anar més lluny i més segur.
