В последнее время, по сообщениям российских СМИ, Российская национальная аэрокосмическая корпорация разрабатывает новые материалы для использования в производстве ракет-носителей, космических аппаратов, спутников и других космических аппаратов. В то же время страны, включая США и Великобританию, также обсуждают технологии формования и обработки новых аэрокосмических материалов и точное производство сложных деталей космических аппаратов и технологии интеллектуального оборудования. Так почему же аэрокосмическая техника уделяет так много внимания разработке материалов?
Фундамент космического корабля
Космические аппараты - это аппараты, которые действуют в космосе в соответствии с законами небесной механики и выполняют определенные задачи, такие как исследование, освоение и использование космоса и небесных тел. В основном это ракеты, спутники и космические корабли. Они пионеры" человечества в открытии и расширении во Вселенной.
Однако этот «пионер»" не подходит. Чтобы преодолеть ограничения земной атмосферы, космический корабль будет создавать трение с атмосферой при полете на высоких скоростях, а его тепло может даже достигать более 2000 градусов по Цельсию. Когда космический корабль вырывается из атмосферы Земли, испытания на этом не заканчиваются. В космической среде ультрафиолетовое излучение, излучение частиц, тепловое излучение и т. Д. Создадут множество проблем для космических аппаратов. Даже в условиях вакуума это будет похоже на" укупорочное устройство" ;. Он также проверяет прочность обшивки космического корабля.
Кроме того, существуют серьезные угрозы, исходящие от космических объектов, таких как микрометеоры в космосе и обломки космических аппаратов. Они похожи на шальные пули, которые проверяют" силу" космических аппаратов, и все вышеупомянутые испытания, с которыми сталкиваются космические аппараты, должны поддерживаться материалами космического аппарата.
Материалы являются важной опорой современной науки и техники, социально-экономического развития и национальной безопасности. Многие страны мира включили технологии материалов в свои национальные планы исследований ключевых технологий. Особенно заметна зависимость аэрокосмического оборудования от материалов. Это связано с тем, что материалы не только являются фактическими носителями суровой космической среды, но иногда также выполняют важные задачи, такие как энергоснабжение, экранирование и отвод тепла.
Однако выбор материалов для космических аппаратов - непростая задача. С одной стороны, поскольку космический аппарат имеет сложную конструкцию, включая требования по устойчивости к высоким температурам, ударопрочности и даже к низким температурам, необходимо провести всесторонний анализ, основанный на конструкции космического корабля, после взвешивания различных требований. и условий, наконец, определяется подходящий материал. С другой стороны, поскольку существующая система материалов очень велика, постоянно разрабатываются новые материалы.
Вообще говоря, материальная система космического корабля очень сложна и в основном включает конструкционные материалы, которые обеспечивают несущую способность космического корабля, функциональные материалы, отвечающие требованиям контроля температуры и термостойкости, а также топливо для обеспечения полета космического корабля.
Прочные и тонкие конструкционные материалы
Конструкционный материал основан на механических свойствах и является материалом, используемым для изготовления силовых компонентов. Этот материал подобен костям космического корабля, формируя его форму.
Однако доля конструкционных материалов в космических аппаратах очень мала. На примере ракеты доля конструкционного материала оболочки ракеты в целом почти такая же, как доля яичной скорлупы во всем яйце. Это потому, что на ракетах топливо имеет собственный вес" и не может быть увеличен или уменьшен по желанию. Поэтому исследователи сосредоточатся на корпусе ракеты и сделают ее тоньше, чтобы уменьшить вес ракеты.
На каждый килограмм веса ракеты&№39 она может увеличить полезную нагрузку на один килограмм. Важную функцию можно добавить к переносимым спутникам и космическим кораблям.
Когда ракета достигает первой космической скорости, она несет очень большую силу, которая может примерно в 7 раз превышать ее собственный вес, что требует материалов, чтобы противостоять ей. Мало того, что когда ракета летит, она также сталкивается с огромным аэродинамическим теплом, создаваемым трением с атмосферой, а ее двигатель также сталкивается с невообразимой тепловой энергией.
В этом случае, чем меньше вес конструкционного материала, тем лучше, чем выше температура термостойкости, тем лучше и требуется определенная степень формуемости. Хотя вольфрам и другие цветные металлы имеют лучшую термостойкость, их собственная плотность очень высока, и в то же время они очень дороги и их трудно формовать, что значительно увеличивает стоимость производства.
При различных ограничениях металлические материалы на основе железа, то есть сталь, попали в поле зрения научных исследователей. Хотя жаропрочная температура обычной стали может достигать только около 1000 градусов по Цельсию, использование никеля, кобальта, вольфрама и других элементов может эффективно повысить температуру стали, даже достигнув примерно 1500 градусов по Цельсию, поэтому она называется [GG ] quot; суперсплав" ;. Одновременно. Этот материал также относительно легко формовать, поэтому он всегда был любимцем космических кораблей.
Позже исследователи открыли титановые сплавы. При такой же прочности этот материал имеет более легкие части, поэтому он стал" сладким и сладким" в конструкционных материалах космических аппаратов. Однако, поскольку термостойкость титанового сплава хуже, чем у жаропрочного сплава, его необходимо футеровать термостойкими функциональными материалами.
С развитием человечества' исследованием космоса и развитием материаловедения, композитные материалы стали новой силой в конструкционных материалах космических кораблей. Например, углерод-углерод, углерод-диоксид кремния и другие композитные материалы на керамической основе могут не только выдерживать высокие температуры в 2000 градусов по Цельсию, но и иметь очень легкий вес.
Короче говоря, быстрый прогресс материалов и связанных с ними технологий будет способствовать дальнейшему развитию аэрокосмических технологий, позволяя человечеству видеть дальше, яснее, двигаться дальше и безопаснее.