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Función crítica de la ingeniería de materiales en la exploración del sistema solar exterior
El diseño de la nave espacial para explorar el sistema solar exterior, la región más allá del cinturón de asteroides que abarca a Júpiter, Saturno, Urano, Neptuno y sus lunas, funciona bajo condiciones muy diferentes de las misiones terrestres o planetarias. Las distancias implicadas, las condiciones ambientales extremas, y las duraciónes de la misión de diez años o más imponen exigencias sin precedentes a los materiales.
Desafíos ambientales Únicos para el Sistema Solar Exterior
Temperaturas Crígenas Extremas
Más allá del cinturón de asteroides, el flujo solar cae dramáticamente, en Júpiter, la intensidad de la luz solar es aproximadamente un veintisiete de la Tierra. Las temperaturas del equilibrio térmico de la nave espacial pueden caer debajo -200 °C] (cente3130 °F). A estas temperaturas, muchos materiales de ingeniería cúbicos se someten a transiciones dúdicas.
Radiación intensa y multiespetral
Los planetas externos están asociados con graves entornos de radiación. La magnetosfera de Júpiter, la mayor y más enérgica del sistema solar, contiene electrones atrapados y protones con energías superiores a 100 MeV. La radiación se produce en varias formas: rayos cósmicos demasiado flexibles
Vacuo ultra-alto y gaseo
El espacio es un vacío duro: las presiónes pueden ser tan bajas como 10-14 torrr en el espacio interestelar. Bajo estas condiciones, los materiales pueden outgas, liberando moléculas atrapadas como agua, disolventes y especies de bajo peso molecular.
Impacto de micrometeoroides y desechos
El sistema solar externo no está vacío. Los micrometeoroides, partículas naturales de cometas y asteroides, y los desechos espaciales en órbita terrestre representan una amenaza constante. En el espacio interplanetario, el flujo es normalmente inferior a la órbita terrestre baja, pero la relativa velocidad entre una nave espacial y un meteoroides puede superar los 70 km/s.
Soluciones de ingeniería de materiales para entornos extremos
Escudo y endurecimiento de radiación
Los materiales de la alta resistencia al hidrógeno [FLT:] son de alta resistencia al uso de la energía eléctrica
Control y Gestión Termales
El uso de la temperatura del metal [FLT] es un medio de control térmico que se utiliza en el caso de los microesferas de la energía de la energía de la energía de la energía [FLT].
Materiales estructurales: Fuerza, Peso y Resiliencia
El esqueleto estructural de cualquier nave espacial profunda debe ser fuerte, rígido y tan ligero como sea posible para minimizar la masa de lanzamiento.Los materiales de elección para las estructuras primarias en la mayoría de las misiones de la placa exterior han sido aleaciones de aluminio (en particular, los 7075-T73 y 2219-T851 grados) y
Cofres de superficie, lubricantes y capas de protección
El sistema de control de la capa de aluminio (FLT) se utiliza en forma de radio, y se puede utilizar en forma de radio, y se puede utilizar en el sistema de control de la capa de la base.
Misiones que definieron la ingeniería de materiales para los planetas exteriores
Voyager: La cubierta de la grabación de oro y lecciones tempranas
La doble nave espacial Voyager, lanzada en 1977, fue la primera en visitar Júpiter y Saturno (y más tarde Urano y Neptuno). Su patrimonio material fue extraído de anteriores sondas planetarias como Mariner. La famosa cubierta de aluminio anodizado oro del disco dorado Voyager no fue meramente decorativa; actuó como una superficie de control térmico, manteniendo el interior de la nave espacial
Galileo: Sobreviviendo las correas de radiación de Júpiter
El controlador Galileo experimentó un control de la radiación local, que fue inducido intencionadamente a la radiación pesada, haciendo muchos flybys cercanos de Io, la luna más activa del sistema solar, que está inmersa en la zona de radiación más intensa de Júpiter.El diseño de la nave espacial introdujo una bóveda de radiación
Cassini‐Huygens: Alta Temperatura y Durabilidad Criógena
El sistema de medición de la temperatura de los huygens [20], que se utiliza en la atmósfera de los huygenes, a más de 6 km/s, utilizando un escudo de calor anfeo para soportar temperaturas máximas de alrededor de 2.000 °C.
Nuevos Horizontes: Diseño ligero para el Flyby rápido
Nuevos Horizontes (lanzados 2006) fueron diseñados para un flyby de alta velocidad de Plutón y el objeto de Kuiper Belt Arrokoth. Su masa de lanzamiento fue de sólo 478 kg, una fracción de nave espacial anterior de la placa exterior.
Futuros desarrollos en la ingeniería de materiales para el espacio profundo
Materiales de auto-sanación
Una de las fronteras más prometedoras es polimeros y metales auto-sanación que pueden reparar de forma autónoma micro-cracks, perforaciones o daños químicos. Para la nave espacial, un impacto micrometeoroide podría crear un agujero que compromete la aislamiento térmico o permite el desgaste.
Nanomateriales y Nanocomposites
Los únicos materiales en la nanoescala – nanotubos de carbono (CNT), el grafino, los nanotubos de nitruro de hierro y los marcos metálicos orgánicos (MOF) – los cambios de presión de la presión de la superficie de la energía, la capacidad de la producción de los metales, la resistencia a la radiación y la resistencia a la radiación.
Composites ligeros y fabricación aditiva
Las estructuras actuales de la nave espacial están de moda hacia micro-modulo alto CFRP con las matrices de ester de cianato o poliimido, ofreciendo una menor absorción de humedad que el rendimiento de la energía solar de la energía solar de la energía solar [Bols de la máquina de retrete de alta resistencia]
Sistemas avanzados de gestión térmica
Las futuras misiones de espacio profundo requieren tuberías de calor de alto contenido y [[FLT: 68] ciclos de presión de presión de alta velocidad con fluidos de trabajo estables a temperaturas criogénicas.
Radiación-Editorial ardiente y embalaje
Más allá de la protección, los propios medios electrónicos deben ser fabricados con materiales que resisten el daño a la radiación. Los dispositivos de energía de alta resistencia [FLT] [FLT] [FLT]
Conclusión
La ingeniería de materiales para la nave espacial en el sistema solar exterior es una disciplina que se encuentra en la intersección de la física extrema, fabricación práctica y confiabilidad misionera. Los desafíos de la radiación criogénica fría, radiación energética, alta aspiración y micrometeoroides de alta velocidad se han encontrado con una cartera de soluciones que incluyen bóvedas de radiación construidas de titanio y aluminio, mantas de aislamiento multicapa,
Para más lectura, explore las hojas de datos de la NASA sobre las ciencias materiales en las misiones espaciales profundas (]link]), la labor de la Agencia Espacial Europea sobre materiales ambientales extremos (link) y el artículo del IEEE Spectrum sobre el diseño de naves espaciales en el planeta exterior ().