Gần đây, theo các phương tiện truyền thông Nga đưa tin, Tập đoàn Hàng không Vũ trụ Quốc gia Nga đang phát triển các vật liệu mới để sử dụng trong sản xuất phương tiện phóng, tàu vũ trụ, vệ tinh và các tàu vũ trụ khác. Đồng thời, các quốc gia bao gồm Hoa Kỳ và Vương quốc Anh cũng đang thảo luận về công nghệ hình thành và xử lý vật liệu hàng không vũ trụ mới và sản xuất chính xác các bộ phận phức tạp của tàu vũ trụ và công nghệ thiết bị thông minh. Vậy tại sao kỹ thuật hàng không vũ trụ lại quan tâm nhiều đến sự phát triển vật chất?
Nền tảng của tàu vũ trụ
Tàu vũ trụ là phương tiện hoạt động trong không gian tuân theo quy luật cơ học thiên thể và thực hiện các nhiệm vụ cụ thể như thăm dò, phát triển và sử dụng không gian và các thiên thể. Chúng chủ yếu bao gồm tên lửa, vệ tinh và tàu vũ trụ. Họ là" những người tiên phong" của nhân loại trong việc mở ra và mở rộng trong vũ trụ.
Tuy nhiên," người đi tiên phong" Không phù hợp. Để phá vỡ các ràng buộc của bầu khí quyển của trái đất' tàu vũ trụ sẽ tạo ra ma sát với khí quyển khi bay ở tốc độ cao và nhiệt của nó thậm chí có thể lên tới hơn 2000 độ C. Khi tàu vũ trụ lao ra khỏi bầu khí quyển của trái đất, thử thách sẽ không dừng lại ở đó. Trong môi trường không gian, bức xạ tia cực tím, bức xạ hạt, bức xạ nhiệt,… sẽ mang lại nhiều thách thức cho tàu vũ trụ. Ngay cả trong môi trường chân không, nó sẽ giống như" thiết bị giác hơi" ;. Nó cũng kiểm tra độ bền của da tàu vũ trụ.
Ngoài ra, có những mối đe dọa lớn do các vật thể không gian gây ra như thiên thạch siêu nhỏ trong không gian và các mảnh vỡ tàu vũ trụ. Chúng giống như những viên đạn lạc thử thách" sức mạnh" của tàu vũ trụ, và tất cả các thử nghiệm nêu trên mà tàu vũ trụ phải đối mặt phải được duy trì bằng vật liệu của tàu vũ trụ.
Vật liệu là trụ cột quan trọng của khoa học và công nghệ hiện đại, phát triển kinh tế xã hội và an ninh quốc phòng. Nhiều nước trên thế giới đã đưa công nghệ vật liệu vào kế hoạch nghiên cứu công nghệ trọng điểm quốc gia của mình. Sự phụ thuộc của thiết bị hàng không vũ trụ vào vật liệu là đặc biệt nổi bật. Điều này là do vật liệu không chỉ là tác nhân thực sự của môi trường không gian khắc nghiệt mà đôi khi còn đảm nhận các nhiệm vụ quan trọng như cung cấp điện, che chắn và tản nhiệt.
Tuy nhiên, việc lựa chọn vật liệu làm tàu vũ trụ không phải là việc dễ dàng. Một mặt, do tàu vũ trụ có cấu trúc phức tạp, bao gồm các yêu cầu về khả năng chịu nhiệt độ cao, chống va đập và thậm chí cả nhiệt độ thấp, nên phải tiến hành phân tích toàn diện và dựa trên thiết kế cấu trúc của tàu vũ trụ, sau khi cân nhắc các yêu cầu khác nhau. và điều kiện, vật liệu phù hợp cuối cùng đã được xác định. Mặt khác, do hệ thống vật chất hiện có rất lớn nên vật liệu mới không ngừng được phát triển.
Nói chung, hệ thống vật liệu của tàu vũ trụ rất phức tạp, chủ yếu bao gồm vật liệu cấu trúc chịu tải của tàu vũ trụ, vật liệu chức năng thực hiện các yêu cầu kiểm soát nhiệt độ và chịu nhiệt, và nhiên liệu để thúc đẩy chuyến bay của tàu vũ trụ.
Vật liệu cấu trúc cứng và mỏng
Vật liệu cấu tạo dựa trên các đặc tính cơ học và là vật liệu dùng để chế tạo các cấu kiện chịu lực. Vật liệu này giống như xương của một con tàu vũ trụ, là người định hình nên hình dạng của nó.
Tuy nhiên, tỷ lệ vật liệu cấu trúc trong tàu vũ trụ là rất nhỏ. Lấy tên lửa làm ví dụ, tỷ lệ vật liệu cấu tạo của toàn bộ vỏ tên lửa gần giống như tỷ lệ của vỏ trứng trong toàn bộ quả trứng. Điều này là do trên tên lửa, nhiên liệu là" trọng lượng chết" và không thể tăng giảm tùy ý. Do đó, các nhà nghiên cứu sẽ dồn tâm trí vào vỏ tên lửa và làm cho vỏ tên lửa mỏng hơn nhằm giảm trọng lượng của tên lửa.
Với mỗi kg trọng lượng của tên lửa' s, nó có thể tăng trọng tải thêm một kg. Một chức năng quan trọng có thể được thêm vào các vệ tinh và tàu vũ trụ mang theo.
Khi tên lửa đạt tốc độ vũ trụ đầu tiên, nó chịu một lực rất lớn, có thể gấp khoảng 7 lần trọng lượng của chính nó, điều này cần phải có vật liệu để chịu được nó. Không chỉ vậy, khi tên lửa bay, nó còn phải đối mặt với lượng nhiệt khí động học khổng lồ sinh ra do ma sát với khí quyển, đồng thời động cơ của nó cũng phải đối mặt với nhiệt năng ngoài sức tưởng tượng.
Trong trường hợp này, vật liệu kết cấu có trọng lượng càng nhẹ càng tốt, nhiệt độ chịu nhiệt càng cao càng tốt và cần có độ định hình nhất định. Mặc dù vonfram và các kim loại màu khác có khả năng chịu nhiệt độ tốt hơn, nhưng tỷ trọng riêng của chúng rất cao, đồng thời rất đắt và khó tạo hình, làm tăng chi phí sản xuất.
Dưới nhiều ràng buộc khác nhau, vật liệu kim loại dựa trên sắt, tức là thép, đã lọt vào tầm ngắm của các nhà nghiên cứu khoa học. Mặc dù nhiệt độ chịu nhiệt của thép thông thường chỉ có thể đạt khoảng 1.000 độ C, nhưng việc sử dụng niken, coban, vonfram và các nguyên tố khác có thể làm tăng nhiệt độ của thép một cách hiệu quả, thậm chí đạt khoảng 1500 độ C, vì vậy nó được đặt tên là [GG ] quot; siêu hợp kim" ;. Đồng thời. Chất liệu này cũng tương đối dễ tạo hình nên nó luôn là con cưng của các tàu vũ trụ.
Sau đó, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra hợp kim titan. Với độ bền tương đương, vật liệu này có phần nhẹ hơn, vì vậy nó đã trở thành" ngọt ngào và ngọt ngào" trong vật liệu kết cấu tàu vũ trụ. Tuy nhiên, vì khả năng chịu nhiệt độ của hợp kim titan kém hơn hợp kim nhiệt độ cao, nên nó cần được lót bằng vật liệu chức năng chịu nhiệt độ cao.
Với sự tiến bộ của nhân loại' khám phá không gian và sự phát triển của khoa học vật liệu, vật liệu composite đã trở thành một lực lượng mới trong vật liệu cấu trúc tàu vũ trụ. Ví dụ, carbon-carbon, carbon-silica và các vật liệu composite dựa trên gốm khác không chỉ có thể chịu được nhiệt độ cao 2000 độ C, mà còn có trọng lượng rất nhẹ.
Tóm lại, sự tiến bộ nhanh chóng của vật liệu và công nghệ liên quan sẽ thúc đẩy hơn nữa sự phát triển của công nghệ hàng không vũ trụ, cho phép nhân loại nhìn xa hơn, rõ hơn, đi xa hơn và an toàn hơn.
