في الآونة الأخيرة ، وفقًا لتقارير وسائل الإعلام الروسية ، تقوم المؤسسة الوطنية الروسية للفضاء بتطوير مواد جديدة لاستخدامها في تصنيع مركبات الإطلاق والمركبات الفضائية والأقمار الصناعية والمركبات الفضائية الأخرى. في الوقت نفسه ، تناقش دول من بينها الولايات المتحدة والمملكة المتحدة أيضًا تكنولوجيا التشكيل والمعالجة للمواد الفضائية الجديدة والتصنيع الدقيق للأجزاء المعقدة من المركبات الفضائية وتكنولوجيا المعدات الذكية. فلماذا تولي هندسة الطيران الكثير من الاهتمام لتطوير المواد؟
تأسيس المركبة الفضائية
المركبات الفضائية هي مركبات تعمل في الفضاء وفقًا لقوانين الميكانيكا السماوية وتؤدي مهامًا محددة مثل استكشاف وتطوير واستخدام الفضاء والأجرام السماوية. وهي تشمل بشكل أساسي الصواريخ والأقمار الصناعية والمركبات الفضائية. هم" ؛ الرواد&مثل ؛ للبشرية في الانفتاح والتوسع في الكون.
ومع ذلك ، هذا&مثل ؛ رائد&مثل ؛ غير مناسب. من أجل كسر قيود الغلاف الجوي للأرض ، ستولد المركبة الفضائية احتكاكًا مع الغلاف الجوي عند الطيران بسرعات عالية ، ويمكن أن تصل حرارتها إلى أكثر من 2000 درجة مئوية. عندما تخرج المركبة الفضائية من الغلاف الجوي للأرض ، فإن المحنة لن تتوقف عند هذا الحد. في بيئة الفضاء ، ستجلب الأشعة فوق البنفسجية ، وإشعاع الجسيمات ، والإشعاع الحراري ، وما إلى ذلك ، العديد من التحديات للمركبة الفضائية. حتى في بيئة الفراغ ، سيكون مثل&مثل ؛ جهاز حجامة&مثل ؛. كما تختبر قدرة جلد المركبة الفضائية على التحمل.
بالإضافة إلى ذلك ، هناك تهديدات كبيرة تشكلها الأجسام الفضائية مثل النيازك الدقيقة في الفضاء وحطام المركبات الفضائية. إنها مثل الرصاص الطائش الذي يختبر قوة&مثل ؛ من المركبات الفضائية ، وجميع الاختبارات المذكورة أعلاه التي واجهتها المركبات الفضائية يجب أن تكون مستدامة بمواد المركبة الفضائية.
المواد هي ركيزة مهمة للعلم والتكنولوجيا الحديث ، والتنمية الاجتماعية والاقتصادية والأمن القومي. قامت العديد من البلدان في العالم بتضمين تكنولوجيا المواد في خططها الوطنية للبحث التكنولوجي الرئيسي. اعتماد معدات الفضاء الجوي على المواد بارز بشكل خاص. وذلك لأن المواد ليست فقط الحامل الفعلي لبيئة الفضاء القاسية ، ولكنها في بعض الأحيان تقوم أيضًا بمهام مهمة مثل إمدادات الطاقة والدرع وتبديد الحرارة.
ومع ذلك ، فإن اختيار مواد المركبات الفضائية ليس بالمهمة السهلة. من ناحية أخرى ، نظرًا لأن المركبة الفضائية لها هيكل معقد ، بما في ذلك متطلبات مقاومة درجات الحرارة العالية ، ومقاومة الصدمات ، وحتى مقاومة درجات الحرارة المنخفضة ، يجب إجراء تحليل شامل وبناءً على تصميم هيكل المركبة الفضائية ، بعد وزن المتطلبات المختلفة والشروط ، يتم تحديد المادة المناسبة أخيرًا. من ناحية أخرى ، نظرًا لأن نظام المواد الحالي كبير جدًا ، يتم تطوير مواد جديدة باستمرار.
بشكل عام ، نظام المواد للمركبة الفضائية معقد للغاية ، بما في ذلك بشكل أساسي المواد الهيكلية التي تحقق حمل المركبة الفضائية ، والمواد الوظيفية التي تحقق متطلبات التحكم في درجة الحرارة ومقاومة الحرارة ، والوقود لتعزيز رحلة المركبة الفضائية.
مواد هيكلية متينة ورقيقة
تعتمد المواد الهيكلية على الخصائص الميكانيكية وهي المادة المستخدمة لتصنيع المكونات الحاملة للقوة. هذه المادة تشبه عظام مركبة فضائية ، وتشكل شكلها.
ومع ذلك ، فإن نسبة المواد الهيكلية في المركبات الفضائية صغيرة جدًا. إذا أخذنا الصاروخ كمثال ، فإن نسبة المادة الهيكلية لقذيفة الصاروخ في الكل تكاد تكون مماثلة لنسبة قشرة البيضة في البيضة بأكملها. هذا لأن الوقود في الصواريخ هو&مثل ؛ الوزن الثقيل&مثل ؛ ولا يمكن زيادتها أو إنقاصها حسب الرغبة. لذلك ، سيضع الباحثون أذهانهم على قذيفة الصاروخ ويجعلون قشرة الصاروخ أرق من أجل تقليل وزن الصاروخ.
لكل كيلوغرام من وزن الصاروخ&، يمكنه زيادة حمولته بمقدار كيلوغرام واحد. يمكن إضافة وظيفة مهمة إلى الأقمار الصناعية المحمولة والمركبات الفضائية.
عندما يصل الصاروخ إلى السرعة الكونية الأولى ، فإنه يتحمل قوة كبيرة جدًا ، والتي يمكن أن تصل إلى حوالي 7 أضعاف وزنه ، مما يتطلب مواد لتحمله. ليس هذا فقط ، فعندما يطير الصاروخ ، فإنه يواجه أيضًا حرارة ديناميكية هوائية ضخمة ناتجة عن الاحتكاك مع الغلاف الجوي ، ويواجه محركه أيضًا طاقة حرارية لا يمكن تصورها.
في هذه الحالة ، كلما كان وزن المادة الهيكلية أخف ، كان ذلك أفضل ، وكلما ارتفعت درجة الحرارة المقاومة للحرارة ، كلما كان ذلك أفضل ، ودرجة معينة من القابلية للتشكيل مطلوبة. على الرغم من أن التنجستن وغيره من المعادن غير الحديدية تتمتع بمقاومة أفضل للحرارة ، إلا أن كثافتها عالية جدًا ، وفي نفس الوقت تكون باهظة الثمن ويصعب تشكيلها ، مما يزيد بشكل كبير من تكلفة التصنيع.
في ظل قيود مختلفة ، دخلت المواد المعدنية القائمة على الحديد ، أي الفولاذ ، مجال رؤية الباحثين العلميين. على الرغم من أن درجة حرارة الفولاذ العادي المقاوم للحرارة لا يمكن أن تصل إلا إلى حوالي 1000 درجة مئوية ، فإن استخدام النيكل والكوبالت والتنغستن وعناصر أخرى يمكن أن يزيد بشكل فعال من درجة حرارة الفولاذ ، حتى تصل إلى حوالي 1500 درجة مئوية ، لذلك سميت [GG ] مثل ؛ السبائك الفائقة&مثل ؛. معا. من السهل نسبيًا تشكيل هذه المادة ، لذلك كانت دائمًا محبوبة في المركبات الفضائية.
في وقت لاحق ، اكتشف الباحثون سبائك التيتانيوم. بنفس القوة ، تحتوي هذه المادة على أجزاء أخف ، لذلك أصبحت" ؛ حلوة وحلوة&مثل ؛ في المواد الإنشائية للمركبة الفضائية. ومع ذلك ، نظرًا لأن مقاومة درجة الحرارة لسبائك التيتانيوم أسوأ من مقاومة السبائك ذات درجة الحرارة العالية ، فيجب أن تكون مبطنة بمواد وظيفية مقاومة للحرارة العالية.
مع تقدم البشرية استكشاف الفضاء&# 39 ؛ وتطور علم المواد ، أصبحت المواد المركبة قوة جديدة في المواد الإنشائية للمركبات الفضائية. على سبيل المثال ، لا يمكن للكربون والكربون والسيليكا والمواد المركبة الأخرى القائمة على السيراميك تحمل درجات حرارة عالية تصل إلى 2000 درجة مئوية فحسب ، بل تتميز أيضًا بوزن خفيف جدًا.
باختصار ، سيؤدي التقدم السريع للمواد والتقنيات ذات الصلة إلى تعزيز تطوير تكنولوجيا الفضاء ، مما يسمح للبشرية برؤية أبعد وأكثر وضوحًا والذهاب أبعد وأكثر أمانًا.