Baru-baru ini, menurut laporan media Rusia, Perbadanan Aeroangkasa Nasional Rusia sedang membangunkan bahan baru untuk digunakan dalam pembuatan kenderaan pelancaran, kapal angkasa, satelit dan kapal angkasa lain. Pada masa yang sama, negara-negara termasuk Amerika Syarikat dan United Kingdom juga sedang membincangkan teknologi pembentukan dan pemprosesan bahan aeroangkasa baru dan pembuatan tepat bahagian kompleks teknologi kapal angkasa dan peralatan pintar. Jadi mengapa kejuruteraan aeroangkasa memberi perhatian yang begitu banyak kepada pembangunan material?
Asas kapal angkasa
Kapal angkasa adalah kenderaan yang beroperasi di angkasa lepas mengikut undang-undang mekanik celestial dan melaksanakan tugas-tugas tertentu seperti penerokaan, pembangunan, dan penggunaan ruang dan badan-badan celestial. Ia terutamanya termasuk roket, satelit, dan kapal angkasa. Mereka adalah "perintis" manusia dalam membuka dan berkembang di alam semesta.
Walau bagaimanapun, "perintis" ini tidak sesuai. Untuk memecahkan kekangan atapan bumi, kapal angkasa akan menjana geseran dengan suasana apabila terbang pada kelajuan tinggi, dan habanya bahkan boleh mencapai lebih daripada 2000 darjah Celsius. Apabila kapal angkasa itu tercetus daripada suasana bumi, lisan tidak akan berhenti di situ. Dalam persekitaran ruang, radiasi ultraviolet, radiasi zarah, radiasi haba, dan lain-lain akan membawa banyak cabaran kepada kapal angkasa. Walaupun dalam persekitaran vakum, ia akan menjadi seperti "peranti cawan". Ia juga menguji ketahanan kulit kapal angkasa.
Di samping itu, terdapat ancaman utama yang ditimbulkan oleh objek angkasa seperti meteor mikro di angkasa dan serpihan kapal angkasa. Mereka seperti peluru sesat yang menguji "kekuatan" kapal angkasa, dan semua ujian yang disebutkan di atas yang dihadapi oleh kapal angkasa Adalah Untuk dikekalkan oleh bahan-bahan kapal angkasa.
Bahan-bahan adalah tonggak penting sains dan teknologi moden, pembangunan sosial dan ekonomi dan keselamatan negara. Banyak negara di dunia telah memasukkan teknologi bahan dalam rancangan penyelidikan teknologi utama negara mereka. Pergantungan peralatan aeroangkasa pada bahan sangat menonjol. Ini kerana bahan bukan sahaja pembawa sebenar persekitaran ruang yang keras, tetapi kadang-kadang juga menjalankan tugas-tugas penting seperti bekalan kuasa, perisai, dan disiplin haba.
Walau bagaimanapun, pilihan bahan kapal angkasa bukanlah satu tugas yang mudah. Di satu pihak, kerana kapal angkasa mempunyai struktur yang kompleks, termasuk keperluan untuk rintangan suhu yang tinggi, rintangan impak, dan juga rintangan suhu yang rendah, analisis komprehensif mesti dijalankan dan berdasarkan reka bentuk struktur kapal angkasa, Selepas menimbang pelbagai keperluan dan syarat, bahan yang sesuai akhirnya ditentukan. Sebaliknya, kerana sistem bahan yang sedia ada sangat besar, bahan-bahan baru sentiasa dibangunkan.
Secara umumnya, sistem bahan kapal angkasa sangat rumit, terutamanya termasuk bahan struktur yang menyedari beban kapal angkasa, bahan fungsian yang menyedari keperluan kawalan suhu dan rintangan haba, dan bahan api untuk mempromosikan penerbangan kapal angkasa.
Bahan struktur yang sukar dan nipis
Bahan struktur adalah berdasarkan sifat-sifat mekanikal dan merupakan bahan yang digunakan untuk mengeluarkan komponen yang menanggung daya. Bahan ini seperti tulang kapal angkasa, bahagian bawah bentuknya.
Walau bagaimanapun, perkadaran bahan struktur dalam kapal angkasa adalah sangat kecil. Mengambil roket sebagai contoh, perkadaran bahan struktur cangkerang roket secara keseluruhannya hampir sama dengan perkadaran cangkerang telur di seluruh telur. Ini kerana pada roket, bahan api adalah "berat mati" dan tidak boleh ditingkatkan atau dikurangkan pada kedatangan. Oleh itu, penyelidik akan meletakkan fikiran mereka di cangkerang roket dan membuat cangkerang pencair roket untuk mengurangkan berat roket.
Bagi setiap kilogram berat roket, ia boleh meningkatkan muatannya sebanyak satu kilogram. Fungsi penting boleh ditambah kepada satelit dan kapal angkasa yang dibawa.
Apabila roket mencapai kelajuan kosmik pertama, ia menanggung daya yang sangat besar, yang boleh mencapai kira-kira 7 kali berat badannya sendiri, yang memerlukan bahan untuk menahannya. Bukan itu sahaja, apabila roket terbang, ia juga menghadapi haba aerodinamik besar yang dihasilkan oleh geseran dengan suasana, dan enjinnya juga menghadapi tenaga haba yang tidak dapat dibayangkan.
Dalam kes ini, semakin ringan berat bahan struktur, lebih baik, semakin tinggi suhu tahan haba, lebih baik, dan tahap kebolehpercayaan tertentu diperlukan. Walaupun tungsten dan logam bukan ferus lain mempunyai rintangan suhu yang lebih baik, ketumpatan mereka sendiri sangat tinggi, dan pada masa yang sama mereka sangat mahal dan sukar untuk membentuk, yang sangat meningkatkan kos pembuatan.
Di bawah pelbagai kekangan, bahan logam berasaskan besi, iaitu keluli, telah memasuki bidang visi penyelidik saintifik. Walaupun suhu tahan haba keluli biasa hanya boleh mencapai kira-kira 1,000 darjah Celsius, penggunaan nikel, kobalt, tungsten dan unsur-unsur lain berkesan boleh meningkatkan suhu keluli, walaupun mencapai kira-kira 1500 darjah Celsius, jadi ia dinamakan "superalloy". Serentak. Bahan ini juga agak mudah untuk membentuk, jadi ia sentiasa menjadi darling kapal angkasa.
Kemudian, penyelidik menemui aloi titanium. Dengan kekuatan yang sama, bahan ini mempunyai bahagian yang lebih ringan, jadi ia telah menjadi "manis dan manis" dalam bahan struktur kapal angkasa. Walau bagaimanapun, kerana rintangan suhu aloi titanium adalah lebih buruk daripada aloi suhu yang tinggi, ia perlu dibarisi dengan bahan fungsi tahan suhu yang tinggi.
Dengan kemajuan penerokaan ruang manusia dan pembangunan sains bahan, bahan komposit telah menjadi daya baru dalam bahan struktur kapal angkasa. Sebagai contoh, karbon-karbon, karbon-silica dan bahan komposit berasaskan seramik lain bukan sahaja dapat menahan suhu tinggi 2000 darjah Celsius, tetapi juga mempunyai berat badan yang sangat ringan.
Ringkasnya, kemajuan pesat bahan dan teknologi yang berkaitan akan menggalakkan lagi pembangunan teknologi aeroangkasa, membolehkan manusia melihat lebih jauh, jelas, dan pergi lebih jauh dan selamat.