Recientemente, según informes de los medios de comunicación rusos, la Corporación Aeroespacial Nacional de Rusia está desarrollando nuevos materiales para su uso en la fabricación de vehículos de lanzamiento, naves espaciales, satélites y otras naves espaciales. Al mismo tiempo, países como Estados Unidos y el Reino Unido también están discutiendo la tecnología de formación y procesamiento de nuevos materiales aeroespaciales y la fabricación precisa de piezas complejas de naves espaciales y tecnología de equipos inteligentes. Entonces, ¿por qué la ingeniería aeroespacial presta tanta atención al desarrollo de materiales?
La base de la nave espacial
Las naves espaciales son vehículos que operan en el espacio de acuerdo con las leyes de la mecánica celeste y realizan tareas específicas como exploración, desarrollo y utilización del espacio y los cuerpos celestes. Incluyen principalmente cohetes, satélites y naves espaciales. Ellos son los" pioneros" de la humanidad en abrirse y expandirse en el universo.
Sin embargo, este" pionero" no es apropiado. Para romper las limitaciones de la atmósfera terrestre &, la nave espacial generará fricción con la atmósfera cuando vuele a altas velocidades, y su calor puede llegar incluso a más de 2000 grados centígrados. Cuando la nave espacial salga de la atmósfera terrestre, la prueba no se detendrá allí. En el entorno espacial, la radiación ultravioleta, la radiación de partículas, la radiación térmica, etc. traerán muchos desafíos a la nave espacial. Incluso en un entorno de vacío, será como un&"dispositivo de ventosas &". También prueba la resistencia de la piel de la nave espacial.
Además, existen importantes amenazas que plantean los objetos espaciales, como los micrometeoros en el espacio y los desechos de las naves espaciales. Son como balas perdidas que ponen a prueba la&"fuerza" de la nave espacial, y todas las pruebas mencionadas anteriormente que enfrentan las naves espaciales deben ser sostenidas por los materiales de la nave espacial.
Los materiales son un pilar importante de la ciencia y la tecnología modernas, el desarrollo económico y social y la seguridad nacional. Muchos países del mundo han incluido la tecnología de materiales en sus planes nacionales de investigación de tecnologías clave. La dependencia del equipo aeroespacial de los materiales es particularmente prominente. Esto se debe a que los materiales no solo son los verdaderos portadores del duro entorno espacial, sino que a veces también realizan tareas importantes como el suministro de energía, el blindaje y la disipación de calor.
Sin embargo, la elección de los materiales de la nave espacial no es una tarea fácil. Por un lado, debido a que la nave espacial tiene una estructura compleja, que incluye requisitos de resistencia a altas temperaturas, resistencia al impacto e incluso resistencia a bajas temperaturas, se debe realizar un análisis integral basado en el diseño de la estructura de la nave espacial, después de sopesar varios requisitos. y condiciones, finalmente se determina el material adecuado. Por otro lado, debido a que el sistema de materiales existente es muy grande, constantemente se desarrollan nuevos materiales.
En términos generales, el sistema de materiales de la nave espacial es muy complicado, principalmente incluye materiales estructurales que realizan la carga de la nave espacial, materiales funcionales que cumplen con los requisitos de control de temperatura y resistencia al calor, y combustible para promover el vuelo de la nave espacial.
Materiales estructurales resistentes y delgados
El material estructural se basa en las propiedades mecánicas y es el material utilizado para fabricar los componentes que soportan la fuerza. Este material es como los huesos de una nave espacial, el molde de su forma.
Sin embargo, la proporción de materiales estructurales en las naves espaciales es muy pequeña. Tomando el cohete como ejemplo, la proporción del material estructural de la cáscara del cohete en el conjunto es casi la misma que la proporción de la cáscara del huevo en el huevo entero. Esto se debe a que en los cohetes, el combustible es&"peso muerto &"; y no se puede aumentar ni disminuir a voluntad. Por lo tanto, los investigadores pondrán sus mentes en el caparazón del cohete y harán que el caparazón del cohete sea más delgado para reducir el peso del cohete.
Por cada kilogramo de peso del cohete &, puede aumentar su carga útil en un kilogramo. Se puede agregar una función importante a los satélites y naves espaciales transportados.
Cuando el cohete alcanza la primera velocidad cósmica, soporta una fuerza muy grande, que puede alcanzar unas 7 veces su propio peso, lo que requiere materiales para soportarlo. No solo eso, cuando el cohete está volando, también enfrenta un enorme calor aerodinámico generado por la fricción con la atmósfera, y su motor también enfrenta una energía térmica inimaginable.
En este caso, cuanto menor sea el peso del material estructural, mejor, cuanto mayor sea la temperatura resistente al calor, mejor, y se requiere un cierto grado de conformabilidad. Aunque el tungsteno y otros metales no ferrosos tienen una mejor resistencia a la temperatura, su propia densidad es muy alta y, al mismo tiempo, son muy costosos y difíciles de moldear, lo que aumenta enormemente el costo de fabricación.
Bajo diversas limitaciones, los materiales metálicos a base de hierro, es decir, el acero, han entrado en el campo de visión de los investigadores científicos. Aunque la temperatura resistente al calor del acero ordinario solo puede alcanzar unos 1.000 grados Celsius, el uso de níquel, cobalto, tungsteno y otros elementos puede aumentar efectivamente la temperatura del acero, incluso alcanzando unos 1500 grados Celsius, por lo que se llama [GG ] quot; superaleación" ;. Simultaneamente. Este material también es relativamente fácil de moldear, por lo que siempre ha sido el favorito de las naves espaciales.
Más tarde, los investigadores descubrieron las aleaciones de titanio. Con la misma fuerza, este material tiene partes más ligeras, por lo que se ha convertido en el&"dulce y dulce" en materiales estructurales de naves espaciales. Sin embargo, debido a que la resistencia a la temperatura de la aleación de titanio es peor que la de la aleación a alta temperatura, es necesario revestirla con materiales funcionales resistentes a altas temperaturas.
Con el avance de la exploración del espacio por parte de la humanidad&y el desarrollo de la ciencia de los materiales, los materiales compuestos se han convertido en una nueva fuerza en los materiales estructurales de las naves espaciales. Por ejemplo, el carbono-carbono, el carbono-sílice y otros materiales compuestos a base de cerámica no solo pueden soportar altas temperaturas de 2000 grados Celsius, sino que también tienen un peso muy ligero.
En resumen, el rápido progreso de los materiales y las tecnologías relacionadas promoverá aún más el desarrollo de la tecnología aeroespacial, lo que permitirá a la humanidad ver más lejos, con mayor claridad e ir más lejos y con mayor seguridad.
