חומרים מתעוררים למשקל אור, מבנה חללי חלל עמיד בקרינה

דרישות חומריות של סביבת החלל

הסביבה החללית מטילה מערכת להעניש ייחודי של תנאים על כל מבנה שהוצב מעבר לאטמוספירה המגנה של כדור הארץ.מריק של החלל העמוק ועד לנקודות התקופות התרמיות של אור השמש הישיר והצל, כל חומר חייב להופיע תחת לחצים שימחקו במהירות את מרכיבי כדור הארץ הרגילים, בין הרכיבים המתמידים והמזיקים ביותר של התנאים הללו, ללא מגן ראשוני המסופק על ידי האווירה המגנטית של כדור הארץ, ומערכת חלליות של אנרגיה גבוהה, בין שתי ממולקולות רוחיות, לבין השפעות הרסניות, הן בעלות נמוכה, הן על פני השמש, הן בעלות נמוכה, והן על פני השמש, והן על פני השמש, והן מקרינה, הן מקרינה, והן מקרינה האטמוספירה האטמוספירה האטמוספירה האטמוספירה האטמוספירה האטמוספירה האטמוספירה האטמוספירה האטמוספירה האטמוספירה האטמוספירה האטמוספירה העוצמתיתות, העוצמתית, האטמוספירה העוצמתית, העוצמתית, העוצמתית, האטמוספירה האטמוספירה העוצמתית, העוצמתית, העוצמתית, העוצמתית, האטמוספירה האטמוספירה העוצמתית, העוצמתית, העוצמתית, העוצמתית, העוצמתית, העוצמתית, העוצמתית של השמש והמסוכנת ביותר, העוצמתית של השמש והמסוכנת ביותר, האטמוספירה האטמוספירה

אתגרים מרכזיים בחומרי Spacecraft

חומרים אוויריים מסורתיים כגון ⁇ אלומיניום, טיטניום ופלדה אל-חלד שירתו תוכניות חלל במשך עשרות שנים.כל אחד מציע תכונות מכניות מכוונות היטב ותהליכי ייצור מבוססים.עם זאת, חומרים מורשת אלה מציגים פשרות משמעותיות כאשר עמידות קרינה והפחתה במשקל חייבים להיות מותאם בו-זמנית.

קרינה: Degradation Mechanisms

קרינה באנרגיה גבוהה אינטראקציה עם חומרים מבניים באמצעות ionization ועקירה אטומית.בפולימרים, ionizing קרינה שוברת אג"ח מולקולרית, המוביל לשקע, ניתוק, ואבולוציה של תוצרי לוואי תנודתיים.תוצאות אלה בתמצית, סדקים, ואובדן של כוח דיאלקטרי.עבור מתכות, חשיפה ממושכת חלקיקים אנרגטיים יכול לגרום לנפיחות, לנפיחות, לנפיחות, שינויים ושינויים בהתנהגות אלקטרונית הם פגיעים במיוחד.

עונש המשקל של מגן מסורתי

קרינה קונבנציונלית מגן על חומרים בעלי רגישות גבוהה & mdash;lead, tungsten, או קירות אלומיניום עבה. על חללית המסה ממושכת על פני הירח, המסה המצטברת של מגן פסיבי יכול לעלות על כמה טון מטרי.זה ישירות להתחרות עם קיבולת עומס עבור מכשירים מדעיים, נקודות כוח, ומניעה דלק עוברי מספק גם מספק גם הפחתה של קרינה משנית כי הוא מייצג רמת לחץ מולקולרית יותר לחץ על פני השטח.

חומרים וטכנולוגיות מתפתחות

חומרים מתקדמים

סיבים פחמן מחזקים פולימרים הפכו להיות העיקרי של מבנים מודרניים של חלל, פרס על הנוקשות הספציפית הגבוהה שלהם והתנגדות עייפות. עבור יישומי חלל, מורכב מציעים את היתרון הנוסף של להיות מותאם באמצעות אוריינטציה סיבים, רצף ערימה ערימה , וכימיה מריצה לאחרונה להתמקד בשיפורי קרינה מורכבים של ממטרת פולימרון ללא סיבוכים מכניים הוכיחו כי שילוב של צינורות חשמליים כגון צינורות מחסנים ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

מערכות Polymer Systems

מעבר למילויים ותוספים, הכימיה של עמוד השדרה הפולימריא עצמה יכולה להיות מונדסת לסובלנות קרינה. פולימיסטים כגון Kapton מיוצרים זמן רב בחלל עבור שמיכה תרמיות ועיגולים גמישים בגלל ההתנגדות הטבוע שלהם לקרינה ולטמפרטורות קיצוניות. משפחות ניוטר של פולימרים, כולל פולינר אלקטרונים ופולימרים נוזליים, מציעים אפילו התנגדות גדולה יותר לפירוק צלבים ונפיחות תחת רמות גבוהות של דגימות פולינזימות, לאחר שומנים.

ננו-חומרים ו-Nanostructured Coatings

ננוטכנולוגיה מספקת ערכת כלים רב-תכליתית במיוחד עבור קרינת קרינה מכיוון שננו-חומרים אינטראקציה עם חלקיקים באנרגיה גבוהה בקנה מידה רחב של טווח נחושת ונזקים של קרינת קזנטציה.Nanostructured ציפויים המשמשים תת-שכבות מבניות קונבנציונליות יכול להפחית באופן דרמטי את הנזק שנגרם קרינה הנגרמת על ידי הוספת יותר משבריר של סגסוגת חמצן קשיח אל עובי.

חומרים ל-Healing Life for Extended Mission Life

גבולות מתעוררים בחומרים מבוססי קרינה הם התפתחות של מערכות של השמדה עצמית שיכולים לתקן נזק שנגרם על ידי חשיפה מצטברת של קרינה.מיקרו-סול, שבו סוכנים מרפאים מחלחלים בתוך הממטריקס המורכב ומשוחררים על ידי סדקים שלב, עדיין מותאמים ליישומים בחלל על ידי בחירת סוכנים עמידים בפני גזים ויציבות של אבק.

Metal Matrix Composites and Hybrid Architectures

שילוב של דוקטריות והתנהגויות היברידיות של מתכות עם עמידות קרינה של שלב קרמיקה או פולימר הוא אסטרטגיה מבטיחה נוספת. מתכת ממטריקס מורכב על בסיס אלומיניום או מגנזיום התחזק עם חלקיקים סיליקון או סיבים קרמיקה מתמשכת מציעים ערכים ספציפיים דומים למעבדות מתקדמות תוך שמירה על תכונות אופטיות ספציפיות של קירור מגנטית והצטרפות פשטות של מתכות.

דרישות עתידיות ומשימות

החידושים החומריים המתוארים לעיל אינם רק אקדמיים; הם מאפשרים ישירות לאדריכלות של משימות אשר מחוסנים כיום על ידי גבולות המוניים והקרינה.היישומים הבאים מייצגים הזדמנויות פריסה לטווח קצר של חומרים מתעוררים אלה.

בסביבה הקרובה של Deep Space Factorys

נאס"א וסוכנויות חלל בינלאומיות זיהו קרינה המגן כאחת הסיכונים המובילים עבור משימות מאוישות למאדים. בית גידול של מעבר למשימת מאדים חייב לספק הגנה לצוות במשך שישה עד תשעה חודשים של נסיעות בין כוכביות תוך שמירה על מסה מתחת למה שמכוניות השקה כבדות יכולות לספק.

לוויינים קטנים ופלטפורמות קוביות

התפוצה של לווינים קטנים, קוטביות, ומשימות קבוצתיות מבוזרות יצרה דרישה עבור בעלות נמוכה, מחוץ ל-Shelf חומרים מבניים שיכולים לשרוד סביבות עתירה גבוהה כגון מסלול כדור הארץ נמוך דרך מסלול דרום האוקיינוס האטלנטי או בינוני כדור הארץ למסלול עבור לווייני GPS-class, כולל ייצור מבוזרים, כולל ייצור מכווצים מטבוליים מטבוליים עם עלויות דלקות אלקטרו-אוויריות קטנות, אשר מפותחות נמוכות יותר, כך שעדיין יכולות לספק קרינת חשמל מופחתות סטנדרטיות זעירות.

תשתית סביבות הירח והפלנטה

בתי גידול קבועים על הירח או מאדים יידרשו מבנים המתנגדים לקרינה ולאפקטים המוחיים של אבק regolith עצמו מכיל חומרים כגון זכוכית ilmenite ו basaltic שניתן לעבד לתוך גלידות קרינה קרינת קרינה מידבקות קרינה או מחוספס לתוך לוחות מבניים באמצעות טכניקות ניצול משאבים של מים, עם זאת, כלי לחץ בית גידול, אוויר, ומנהרות מחוברות עדיין להסתמך על חומרים כימיים מורכבים וגלויים מורכבים של מתכתיים מורכבים.

בדיקות ודרכים של זיהוי

להביא חומרים חדשים מהמעבדה למצב של טיסה דורש תהליך בדיקה והכשרה מובנה המהווה את מספר הלחץ של הסביבה החלל. בדיקות קרינה מבוצעת בדרך כלל באמצעות proton ו מאיצים אלקטרונים, מקורות cobalt 60 gamma, ו מנגנוני מינון Nutron נמשך עד שמונה בדיקות זמן מואצת של בדיקות מעבדה, אם כי בדרך כלל דחיסות של בדיקות מעבדה של Microsoft-R.

שילוב עם מעקב בריאותי סטרקטי

לעתים קרובות להתעלם היבט של מבנים קלים, קרינה עמידים בפני קרינה הוא הצורך לאמת את בריאותם לאורך חיי המשימה. Embedding סיבים אופטיים בתוך מחוסנים מורכבים ו-mdash; כגון סיבים Bragg grating או מבוזרים אקוסטיים חישה סיבי זיהוי ו-mdash; ניתן גם ניטור בזמן אמת של פעילות, טמפרטורה, נזק בלתי אפשרי כאשר מערכות אלה משולבים עם גירוי עצמי, אשר מאפשר גם כדי לזהות חומרים אוטונומיים, כגון גירוי חשמלי, אשר ניתן לשחזר.

אחריות סביבתית ושיקולי סוף החיים

ככל שפעילות החלל מגבירה את יכולת הבחירה, טביעת הרגל הסביבתית של חומרי חלל, הן במהלך הייצור והן בסוף החיים, מקבלת תשומת לב רבה יותר. פולימרים רבים משחררים תרכובות אורגניות נדחות תוך כדי ריפוי, בעוד ממטריקס מתכת מורכב מתהליכים מורכבים מתהליכים אנרגיה- in the Energy-intensive Processing processing, חוקרים מפתחים חומרים עמידים ומערכת epoxy, אשר שומרים על עמידות קרינה תוך צמצום סיבים טבעיים כגון מפונקציה או תוכניות לקרינה מתוחכמות, או הגנה מפני קרינה, אשר יכולות להיות משולבות, או להורדת לחץ דם, או לקרינה מעגלית, או לקרינה.

מסקנה

ההתכנסות של יעילות מבנית קלה והתנגדות לקרינה מגדירה אתגר חומרים מרכזי לעידן הנוכחי של חקר החלל.חומרים המתפתחים מחדש; אננוקום, פולימרים מורעבים, ציפויים ממובנים, מערכות של מעקב עצמי, ואדריכלות היברידית של מתכת-קרקע ממשיכה לפתח את ההפגנות התפעוליות של החלליות שלהם, אך מסלולי השקעה מימית כדי לעמוד באתגרים אלה עם הרבה מעבר לאלומיניום ולסטיום, לעתים קרובות, משווקים מרובים, ומשלבים מסחריים, ממעבדים שונים, ממעבדים שונים, וטכנולוגיות מסחר.

• בטיחות מוגברת ועמידות של מבני חלליות
• עלויות השיגור מופחתות באמצעות מבנים ראשוניים קלים יותר ומגן
• שיפור הגנה על קרינה עבור אלקטרוניקה וצוות בסביבות חלל עמוק
• תוחלת חיים תפעולית מורחבת באמצעות עיצובים עצמיים והתנהגויות מזיקות
• יכולת של ארכיטקטורות משימה חדשות כולל בתי גידול של מאדים ותשתית פני הירח

(הקריאה נוספת על תחבורה קרינה מודלים לעיצוב חומרים, ערכת הכלים של Geant4 וקוד FLUKA מציעים יכולות סימולציה מקיפה לסביבות קרינה חלל.ה-FLT של סוכנות החלל האירופית:0ESA חומרים ומעבדים סעיפיםFLT:1 מספק הנחיות טכניות על בדיקות הסמכה עבור חומרים מתקדמים בתחום ה- Aeroreview.