人造衛(wèi)星和空間結(jié)構(gòu)中的材料(一)

  我們目前比以往任何時(shí)候都更加依靠衛(wèi)星和飛行器在空間進(jìn)行通信。他們幫助我們提供電視畫(huà)面、電話和多種通信信號(hào),然而他們需要在惡劣的環(huán)境中進(jìn)行工作和生存。人造衛(wèi)星能夠完成這些任務(wù),都是基于制造它們的獨(dú)特材料。

  在太空中使用的材料,往往不是人類(lèi)創(chuàng)造的最先進(jìn)的材料,而我們正在不斷地研究和創(chuàng)造新的和改進(jìn)的材料。這些材料需要具有許多獨(dú)特的性能,才能有效的在太空工作。

  太空中需要的材料功能

  衛(wèi)星是一個(gè)不斷地移動(dòng)遠(yuǎn)離和靠近太陽(yáng)的直接熱量的物件,以一個(gè)穩(wěn)定的溫度流,這可能會(huì)導(dǎo)致其膨脹和收縮。結(jié)果是,科學(xué)家們考慮的是,盡管溫度發(fā)生變化,材料依然保持它的尺寸和形狀,這被稱(chēng)為尺寸穩(wěn)定性。

  在太空中,這些空間結(jié)構(gòu)需要能夠承受其獨(dú)特的惡劣環(huán)境。這是一種材料的環(huán)境穩(wěn)定性。在太空中,這意味著該材料可以保持穩(wěn)定,盡管輻射和太空的真空條件存在著。

  一種新材料在太空中使用所需的最重要特性是強(qiáng)度和剛度。當(dāng)一個(gè)物件在圍繞地球的軌道上運(yùn)動(dòng),將經(jīng)受難以置信的力,這將撕開(kāi)相對(duì)脆弱的結(jié)構(gòu)。

  單單衛(wèi)星的發(fā)射就可以使材料承受高達(dá)三倍重力的力量,這意味著每個(gè)組件將重達(dá)在地球上的三倍多。該材料必須保持其完整性而不折斷,或者在巨大的力量下彎曲,否則衛(wèi)星到達(dá)太空后將無(wú)法正常工作。

  一旦衛(wèi)星在太空中,它必須在微重力下保持功能,其中的部分材料將比他們?cè)诘厍蛏系闹亓扛佟_@種引力的強(qiáng)度變化意味著,所用的材料必須是令人難以置信的多適用性和有獨(dú)特的完整性。

  該空間結(jié)構(gòu)還必須能夠承受來(lái)自衛(wèi)星內(nèi)部的機(jī)艙壓力。在國(guó)際空間站里,內(nèi)部的氧氣能對(duì)表面每英寸產(chǎn)生高達(dá)15磅的力量。

  如果材料不夠堅(jiān)固,能承受每英寸15磅的力,就可能造成破裂并導(dǎo)致漏氣,這會(huì)威脅飛行器中的每個(gè)人的生命。

  另一個(gè)威脅到衛(wèi)星的是拋彈物的數(shù)量,很多都會(huì)與衛(wèi)星發(fā)生碰撞接觸。解散的人造衛(wèi)星彈片會(huì)圍繞地球軌道運(yùn)動(dòng),最后作為軌道的太空垃圾。

  這些高速的廢銅爛鐵可以撕碎新的仍在運(yùn)行的衛(wèi)星,如果使用的材料沒(méi)有強(qiáng)大到足以擺脫這些“炮彈”。

  除了這些人造的人造衛(wèi)星威脅,太空中的流星速度可以達(dá)到42公里/秒(比子彈快),同樣可以顯著威脅到衛(wèi)星。

  當(dāng)衛(wèi)星發(fā)射到地球軌道的時(shí)候,已經(jīng)是昂貴的冒險(xiǎn),所考慮的材料必須在經(jīng)濟(jì)上可行??茖W(xué)家們必須考慮制造材料多么昂貴,以及測(cè)試材料的費(fèi)用。

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