Recentemente, secondo i resoconti dei media russi, la Russian National Aerospace Corporation sta sviluppando nuovi materiali da utilizzare nella produzione di veicoli di lancio, veicoli spaziali, satelliti e altri veicoli spaziali. Allo stesso tempo, paesi come gli Stati Uniti e il Regno Unito stanno anche discutendo della tecnologia di formatura e lavorazione di nuovi materiali aerospaziali e della produzione precisa di parti complesse di veicoli spaziali e tecnologia delle apparecchiature intelligenti. Allora perché l'ingegneria aerospaziale presta così tanta attenzione allo sviluppo dei materiali?
Le fondamenta della navicella spaziale
I veicoli spaziali sono veicoli che operano nello spazio secondo le leggi della meccanica celeste e svolgono compiti specifici come l'esplorazione, lo sviluppo e l'utilizzo dello spazio e dei corpi celesti. Includono principalmente razzi, satelliti e veicoli spaziali. Sono i"pionieri" dell'umanità nell'aprirsi e nell'espandersi nell'universo.
Tuttavia, questo"pioniere" non è appropriato. Al fine di sfondare i vincoli dell'atmosfera terrestre, il veicolo spaziale genererà attrito con l'atmosfera quando vola ad alta velocità e il suo calore può raggiungere anche più di 2000 gradi Celsius. Quando l'astronave uscirà dall'atmosfera terrestre, il calvario non si fermerà qui. Nell'ambiente spaziale, le radiazioni ultraviolette, le radiazioni delle particelle, le radiazioni termiche, ecc. Porteranno molte sfide al veicolo spaziale. Anche in un ambiente sotto vuoto, sarà come un"dispositivo di coppettazione". Inoltre mette alla prova la resistenza della pelle del veicolo spaziale.
Inoltre, ci sono grandi minacce poste da oggetti spaziali come micro meteore nello spazio e detriti di veicoli spaziali. Sono come proiettili vaganti che mettono alla prova la"forza" del veicolo spaziale, e tutti i test sopra menzionati affrontati dal veicolo spaziale devono essere sostenuti dai materiali del veicolo spaziale.
I materiali sono un pilastro importante della scienza e della tecnologia moderne, dello sviluppo sociale ed economico e della sicurezza nazionale. Molti paesi nel mondo hanno incluso la tecnologia dei materiali nei loro piani nazionali di ricerca tecnologica chiave. La dipendenza delle attrezzature aerospaziali dai materiali è particolarmente evidente. Questo perché i materiali non sono solo i veri portatori del duro ambiente spaziale, ma a volte svolgono anche compiti importanti come l'alimentazione, la schermatura e la dissipazione del calore.
Tuttavia, la scelta dei materiali dei veicoli spaziali non è un compito facile. Da un lato, poiché il veicolo spaziale ha una struttura complessa, compresi i requisiti per la resistenza alle alte temperature, la resistenza agli urti e persino la resistenza alle basse temperature, è necessario eseguire un'analisi completa e basata sul design della struttura del veicolo spaziale, dopo aver pesato vari requisiti e condizioni, viene infine determinato il materiale adatto. D'altra parte, poiché il sistema di materiali esistente è molto ampio, vengono costantemente sviluppati nuovi materiali.
In generale, il sistema materiale del veicolo spaziale è molto complicato, comprende principalmente materiali strutturali che realizzano il carico del veicolo spaziale, materiali funzionali che soddisfano i requisiti di controllo della temperatura e resistenza al calore e carburante per promuovere il volo del veicolo spaziale.
Materiali strutturali resistenti e sottili
Il materiale strutturale si basa sulle proprietà meccaniche ed è il materiale utilizzato per fabbricare i componenti portanti. Questo materiale è come le ossa di un'astronave, il modellatore della sua forma.
Tuttavia, la proporzione di materiali strutturali nei veicoli spaziali è molto piccola. Prendendo il razzo come esempio, la proporzione del materiale strutturale del guscio del razzo nell'insieme è quasi la stessa della proporzione del guscio dell'uovo nell'uovo intero. Questo perché sui razzi il carburante è"peso morto" e non può essere aumentato o diminuito a piacimento. Pertanto, i ricercatori si concentreranno sul guscio del razzo e renderanno il guscio del razzo più sottile per ridurre il peso del razzo.
Per ogni chilogrammo di peso del razzo'può aumentare il suo carico utile di un chilogrammo. Una funzione importante può essere aggiunta ai satelliti e ai veicoli spaziali trasportati.
Quando il razzo raggiunge la prima velocità cosmica, sopporta una forza molto grande, che può raggiungere circa 7 volte il suo stesso peso, che richiede materiali per resistere. Non solo, quando il razzo è in volo, affronta anche un enorme calore aerodinamico generato dall'attrito con l'atmosfera, e il suo motore affronta anche un'energia termica inimmaginabile.
In questo caso, più leggero è il peso del materiale strutturale, meglio è, maggiore è la temperatura resistente al calore, meglio è e un certo grado di formabilità è richiesto. Sebbene il tungsteno e altri metalli non ferrosi abbiano una migliore resistenza alla temperatura, la loro densità è molto elevata e allo stesso tempo sono molto costosi e difficili da modellare, il che aumenta notevolmente il costo di produzione.
Sotto vari vincoli, i materiali metallici a base di ferro, cioè l'acciaio, sono entrati nel campo visivo dei ricercatori scientifici. Sebbene la temperatura resistente al calore dell'acciaio ordinario possa raggiungere solo circa 1.000 gradi Celsius, l'uso di nichel, cobalto, tungsteno e altri elementi può aumentare efficacemente la temperatura dell'acciaio, raggiungendo anche circa 1500 gradi Celsius, quindi è chiamato [GG ] quot;superlega". Contemporaneamente. Questo materiale è anche relativamente facile da modellare, quindi è sempre stato il prediletto delle astronavi.
Successivamente, i ricercatori hanno scoperto le leghe di titanio. Con la stessa resistenza, questo materiale ha parti più leggere, quindi è diventato il"dolce e dolce" nei materiali strutturali dei veicoli spaziali. Tuttavia, poiché la resistenza alla temperatura della lega di titanio è peggiore di quella della lega ad alta temperatura, deve essere rivestita con materiali funzionali resistenti alle alte temperature.
Con il progresso dell'esplorazione dello spazio dell'umanità e lo sviluppo della scienza dei materiali, i materiali compositi sono diventati una nuova forza nei materiali strutturali dei veicoli spaziali. Ad esempio, carbonio-carbonio, carbonio-silice e altri materiali compositi a base di ceramica non solo possono resistere a temperature elevate di 2000 gradi Celsius, ma hanno anche un peso molto leggero.
In breve, il rapido progresso dei materiali e delle relative tecnologie promuoverà ulteriormente lo sviluppo della tecnologia aerospaziale, consentendo all'umanità di vedere più lontano, più chiaramente e andare più lontano e più sicuro.
