Перспектива развития космических материалов

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФГБОУ ВО Нижегородский государственный педагогический университет им. К. Минина

Перспектива развития космических материалов

Мочалова А.С., Ротанова В.А., Ребяков Н.С.

Аннотация

В данной статье авторы рассматривают разнообразие материалов для создания космических объектов. Представлены перспективные композиты, которые помогут в будущем создать износостойкую технику будущего для новых космических открытий. Люди научились пользоваться лучшими свойствами материалов - это один из показателей технического прогресса.

Ключевые слова: космос, материал, металл, нанотехнологии, открытия, техника

Мир вокруг нас нельзя представить без материалов: они повсюду. Их бесчисленное множество: стекло, керамика, алюминий, ткань и т.д. Человечество с давних пор начало задумываться над вопросом: «В чем отличие того или иного материала, как он может пригодиться в жизни?». В наше время люди научились получать сплавы и композиты, т.е. пользоваться преимуществами любого вещества. И не только на Земле, но и в бесконечном космическом пространстве люди научились использовать материалы. Что они из себя представляют?

Металлы - это главные конструкционные материалы, используемые создания ракетно-космических машин. Итак, самые пригодные для космоса это (см. схему №1):

· Алюминий считается любимцем авиаконструкторов, но для улучшения свойств из него приходится делать сплавы.

· Железо - неотъемлемый металл любых инженерных сооружений. Железо в виде различных высокопрочных нержавеющих сталей стоит на втором месте среди материалов, применяемых для постройки ракет.

· Медь также является одним из основных металлов электротехники и теплотехники.

· Серебро - древнейший драгоценный металл, он является связующим звеном меди и стали в жидкостном двигателе ракеты. Титан и сплавы на его основе - важнейший металл космического века. Несмотря на общераспространенные убеждения, этот металл недостаточно широко используется в ракетной технике -- из сплавов на основе титана чаще всего делают газовые баллоны высокого давления. [1]

Схема №1. Основные космические металлы

Но прогресс не стоит на месте, и при разработке средств исследования космического пространства требуются новые структуры, которые должны выдерживать нагрузки космических полетов. В наши дни идет стремительная разработка инновационных космических материалов, таких как интеллектуальные космические композиты, самовосстанавливающиеся материалы и нанотрубки. (см. схему №2)

Самовосстанавливающийся материал. Ученые NASA в партнерстве с химиками Мичиганского университета создали многослойный полимерный материал, имеющий функцию «самозаживления». Если микрометеорит проделывает в космическом сооружении небольшое отверстие, то материал сам закрывает его, сохраняя таким образом герметичность данного объекта.

Схема №2. Инновационные космические материалы

В дальнейшем ученые планируют использовать такой материал для протекции космических станций от орбитного космомусора и микрометеоритов. Вот как выглядит этот материал: жидкая смола определенного состава (чаще всего на основе тиолов) составляет слой между двумя полимерными пластинками. Находясь в изоляции от воздуха такая смола может находиться в виде вязкой жидкости очень долгое время. Во время внешнего воздействия, которое способно образовывать дыры в полимерных пластинах, смола вытекает из этой пластины и начинает реагировать с воздухом, и в процессе этого вступает в химическую реакцию. Вытекшая смола мгновенно становится твердой и закупоривает отверстие. Характер действия этого материала схож с процессом сворачивания крови. Самовосстанавливающийся композит пригоден даже для иллюминаторов, потому что он смола и полимерные панели, между которых она находится, прозрачны и бесцветны. [2]

Космические нанотехнологии. NASA совместно с космическим центр Джонсона заключили договор о совместной разработке и применении высочайших технологий и, в особенности, нанотехнологий для исследования пространства космоса. NASA планирует упростить вывод космомашин на орбиту с использованием космического лифта, изготовленного из нано-трубок. Они имеют высокую жесткость, что может помочь им затмить большинство новейших материалов для аэроконструкций. Композиты из нано-трубок снижают вес современных космических объектов примерно в два раза. Углеродные нанотрубки из одного слоя, созданные в 1991 году обладают чрезвычайной прочностью, поэтому они не очень подходят для основной ленты космического лифта. Они в 100 раз прочнее стали, и, соответственно примерно в 5 раз прочнее, чем предполагается для создания. Соотношение прочность и веса такого материала ленты больше, чем у высокозакаленной стали.

«Интеллектуальные» космические материалы. В последние 10 лет вместе с безостановочным совершенствованием уже имеющихся материалов, составляющий довольно важный технический и экономический прогресс благодаря неповторимому взаимодействию свойств, появились тенденции разработки новых материалов, которые активно взаимодействуют с внешней средой. Эти материалы стали называться «интеллектуальными». Они могут «чувствовать» свою физическую среду, внешние факторы и по-своему реагировать на них, т.е. способны проводить самодиагностику при появлении и прогрессировании дефекта, устранять его и оставаться в стабильном положении в критических зонах. Благодаря разнообразию свойств таких материалов их можно использовать почти во всех деталях конструкций космической техники (обтекатели, узлы трения, отсеки, корпусы и др.) [3]

Как мы видим, материалопроизводство не стоит на месте и космос - прямое тому подтверждение. Люди используют ранее известные нам материалы, а также создают материалы, которые имеют поразительные свойства. Но без совершенствования невозможно представить нашу жизнь и жизнь того, что нас окружает. Использование данных материалов позволит контролировать и прогнозировать состояние различных конструкций космических аппаратов в требуемый момент времени и даже на труднодоступных участках, значительно повысить ресурс систем и их надежность. Из анализа экспертных оценок специалистов следует, что в ближайшие 20 лет 90% современных материалов, применяемых в промышленности, будут заменены новыми, в частности «интеллектуальными», что позволит создать элементы конструкций, которые будут определять технический прогресс XXI в.

космический металл композит нанотрубка

Библиографический список

1. Воронина Е.Н., Галанина Л.И., Зеленская Н.С., Лебедева В.М., Милеев В.Н., Новиков Л.С., Синолиц В.В., Спасский А.В. Механизмы ядерных реакций при взаимодействии космической радиации с материалами и наноструктурами// Известия Российской Академии Наук. Серия физическая. 2009 г. С.208-2012

2. Молодцов Е.В., Минаков В.Т., Турченков В.А., Масенкис М.А. Некоторын вопросы обеспечения неметаллическими материалами авиационно-космической техники// Материалы и технологии для авиационно космической техники. 2005 г. С.28-29

3. Хасанов О.Л., Двилис Э.С., Хасанов А.О., Петюкевич М.С., Ремизов И.И. Легкий композиционный материал для космической техники. 2015 г. С.6

Размещено на Allbest.ru