Vật liệu nào được sử dụng để chế tạo tàu vũ trụ?

Vật liệu nào được sử dụng để chế tạo tàu vũ trụ?


Vật liệu nào được sử dụng để chế tạo tàu vũ trụ?

Cho đến nay, một nhà thiên văn học hiểu được ‘ma thuật’ của thiết kế tàu vũ trụ, các hợp kim titan, nhôm và magiê rất nhẹ và bền thường được sử dụng.

Nhôm – Vật liệu thông thường được sử dụng phổ biến nhất (được sử dụng cho các thùng nhiên liệu đẩy hydrazine và nitơ oxit). Mật độ thấp, sức mạnh cụ thể tốt. Có thể hàn được, dễ gia công (có thể ép đùn, đúc, gia công, v.v.). Giá rẻ và phổ biến rộng rãi. Không có độ bền tuyệt đối cao và có điểm nóng chảy thấp (933 K).

Magie – Độ cứng cao hơn, độ bền riêng tốt. Ít khả thi hơn nhôm. Có hoạt tính hóa học và cần có lớp phủ bề mặt (do đó sản xuất đắt hơn).

Titan – Điểm nóng chảy 1933 F. Trọng lượng nhẹ với độ bền riêng cao. Cứng hơn nhôm (nhưng không cứng như thép) Chống ăn mòn. Khả năng nhiệt độ cao. Giòn hơn (ít dẻo hơn) so với nhôm/thép. Tính khả dụng thấp hơn, ít gia công hơn nhôm (đắt hơn inox 6 lần). Dùng cho bình tích áp, bình xăng con, vỏ xe cao tốc.

Hợp kim đen như thép không gỉ – Có độ bền cao. Độ cứng và độ cứng cao Chống ăn mòn. Chịu nhiệt độ cao (1200K). Rẻ Nhiều ứng dụng trong tàu vũ trụ mặc dù mật độ cao (ốc vít, bu lông hầu hết đều bằng thép).

Đọc Thêm:  Podcast: SPHEREx sẽ theo dõi lịch sử của Vũ trụ như thế nào

Thép Austentic – Không từ tính. Không có nhiệt độ chuyển tiếp giòn. Có thể hàn, dễ dàng gia công. Giá rẻ và phổ biến rộng rãi. Dễ bị giòn do hydro (hydro hấp phụ vào mạng tinh thể làm cho hợp kim trở nên giòn). Được sử dụng trong các hệ thống đẩy và đông lạnh.

Berili – Vật liệu tự nhiên cứng nhất (kim loại berili không có trong tự nhiên nhưng các hợp chất của nó thì có). Mật độ thấp, độ bền riêng cao Khả năng chịu nhiệt độ cao Đắt tiền và khó gia công Độc (ăn mòn mô và gây ung thư) Số nguyên tử thấp và trong suốt với tia X Kim loại nguyên chất đã được sử dụng để chế tạo vòi phun tên lửa.

Inconel (Một hợp kim của Ni và Co) – Các ứng dụng nhiệt độ cao như tấm chắn nhiệt và vòi phun tên lửa. Mật độ cao (>thép, 8200 km m-3).

Nhôm-lithium – Độ bền tương tự nhôm nhưng nhẹ hơn vài phần trăm.

Titanium-aluminide – Giòn, nhưng nhẹ và chịu được nhiệt độ cao.

Trong tương lai gần, chúng ta có thể sử dụng kết hợp nhựa và các vật liệu lai khác nhau như vật liệu tổng hợp ma trận kim loại sẽ giúp giảm đáng kể trọng lượng của tàu vũ trụ và giảm đáng kể chi phí phóng. Trên thực tế, công nghệ sợi carbon đã được sử dụng để thay thế nhiều bộ phận của tàu vũ trụ, ngoại trừ chính vách ngăn bên ngoài của tàu vũ trụ. Vách ngăn vẫn được làm từ titan, nhôm hoặc các kim loại và hợp kim thông thường khác do nhu cầu nhiệt và áp suất rất lớn. Máy bay ném bom tàng hình B-2 đã sử dụng vật liệu sợi carbon trong cánh của nó, nhưng lực mà nó phải chịu và tải nhiệt khá nhỏ so với tàu vũ trụ được phóng từ mặt đất hoặc quay trở lại bầu khí quyển từ không gian.

Đọc Thêm:  10 ứng cử viên hành tinh mới cỡ Trái đất được phát hiện

Các vật liệu được gia cố bằng sợi như vật liệu tổng hợp carbon, aramid và thủy tinh có độ bền và tỷ lệ độ cứng trên trọng lượng cao nhất trong số các vật liệu kỹ thuật. Đối với các ứng dụng đòi hỏi khắt khe như tàu vũ trụ, hàng không vũ trụ và máy móc tốc độ cao, các đặc tính như vậy tạo nên một hệ thống hiệu suất cao và rất hiệu quả. Ví dụ, vật liệu tổng hợp sợi carbon cứng hơn thép gấp năm lần với cùng trọng lượng cho phép tạo ra các cấu trúc nhẹ hơn nhiều với cùng mức hiệu suất. Ngoài ra, vật liệu tổng hợp carbon và aramid có hệ số giãn nở nhiệt gần bằng không, khiến chúng trở nên thiết yếu trong thiết kế băng ghế quang học siêu chính xác và ăng-ten ổn định kích thước. Một số sợi carbon có độ dẫn nhiệt cao nhất trong số tất cả các vật liệu cho phép chúng được kết hợp làm phần tử tản nhiệt trong các ứng dụng điện tử và tàu vũ trụ.

Ngay cả các sợi và ống nano carbon cũng đang được phát triển với công nghệ tàu vũ trụ và tên lửa. Vì vậy, chúng tôi có rất nhiều điều để mong đợi trong đấu trường thú vị này. Mỗi pound tiết kiệm được là giảm đáng kể chi phí phóng xuống mức 5000 đô la mỗi pound. Điều này có nghĩa là nếu bạn thay thế một pound nhôm bằng một pound hợp kim mới kỳ lạ nào đó, thì bạn có gần 5000 đô la cho mỗi pound chi phí cho phép mới vì nhôm chỉ chiếm một phần trăm trong số 5000 đô la!

Đọc Thêm:  Du ngoạn ngoại hành tinh: tháng mười một 2015


Viết một bình luận