Kako je uređen sistem za hitno spašavanje posade svemirskog broda. Da li je tako lako staviti osobu u teglu ili o dizajnu svemirskog broda s ljudskom posadom Kako radi svemirski brod

Dashboard brod "Vostok-1" Yu. A. Gagarin. Centralni muzej oružanih snaga, Moskva

Ukupna masa letjelice dostigla je 4,73 tone, dužina (bez antena) 4,4 m, a maksimalni prečnik 2,43 m.

Brod se sastojao od sfernog spuštenog vozila (težine 2,46 tona i prečnika 2,3 m) koje je takođe obavljalo funkcije orbitalnog odeljka i konusnog odeljka za instrumente (težine 2,27 tona i maksimalnog prečnika 2,43 m). Masa termičke zaštite je od 1,3 tone do 1,5 tone. Odjeljci su međusobno mehanički povezani metalnim trakama i pirotehničkim bravama. Brod je bio opremljen sistemima: automatska i ručna kontrola, automatska orijentacija prema Suncu, ručna orijentacija na Zemlju, održavanje života (dizajnirano da održava unutrašnju atmosferu blisku po svojim parametrima Zemljinoj atmosferi 10 dana), komandno-logičko upravljanje , napajanje, termička kontrola i sletanje. Da bi se osigurali zadaci čovjekovog rada u svemiru, brod je opremljen autonomnom i radiotelemetrijskom opremom za praćenje i snimanje parametara koji karakteriziraju stanje astronauta, struktura i sistema, ultrakratkotalasnom i kratkovalnom opremom za dvosmjernu radiotelefonsku komunikaciju astronauta. sa zemaljskim stanicama, komandnom radio vezom, programsko-vremenskim uređajem, televizijskim sistemom sa dve predajne kamere za posmatranje astronauta sa Zemlje, radio sistemom za praćenje parametara orbite i određivanje pravca letelice, TDU- 1 kočioni pogonski sistem i drugi sistemi.

Težina letjelice zajedno sa zadnjim stepenom lansirne letjelice bila je 6,17 tona, a njihova dužina u spoju 7,35 m.

Prilikom razvoja vozila za spuštanje, dizajneri su odabrali osovinski simetrični sferni oblik, kao najproučeniji i koji ima stabilne aerodinamičke karakteristike za sve raspone napadnih uglova na različite brzine pokret. Ovo rešenje je omogućilo da se obezbedi prihvatljiva masa termičke zaštite aparata i da se implementira najjednostavnija balistička šema za skretanje. Istovremeno, izbor sheme balističkog spuštanja odredio je velika preopterećenja koja je morala doživjeti osoba koja radi na brodu.

Vozilo za spuštanje imalo je dva prozora, od kojih se jedan nalazio na ulaznom otvoru, neposredno iznad glave kosmonauta, a drugi, opremljen posebnim sistemom za orijentaciju, u podu kod njegovih nogu. Astronaut, obučen u svemirsko odijelo, smješten je u posebno katapultiranje. U posljednjoj fazi slijetanja, nakon kočenja spuštenog vozila u atmosferi, na visini od 7 km, kosmonaut se katapultirao iz kabine i spustio padobranom. Osim toga, omogućena je mogućnost spuštanja astronauta unutar vozila za spuštanje. Vozilo za spuštanje imalo je sopstveni padobran, ali nije bilo opremljeno sredstvima za meko sletanje, što je pretilo licu koje je u njemu ostalo teškom modricom prilikom zajedničkog sletanja.

Oprema brodova Vostok je maksimalno pojednostavljena. Povratni manevar se obično obrađivao automatskom komandom koju je radio sa Zemlje. U svrhu horizontalne orijentacije broda korišteni su infracrveni senzori. Poravnavanje duž ose orbite izvršeno je pomoću senzora zvjezdane i solarne orijentacije.

U slučaju kvara automatskih sistema, astronaut bi mogao preći na ručnu kontrolu. To je bilo moguće zahvaljujući korištenju originalnog optičkog orijentatora "Vzor" instaliranog na podu kabine. Na otvoru je postavljena prstenasta zrcalna zona, a na posebnom mat ekranu nanesene su strelice koje pokazuju smjer pomaka zemljine površine. Kada je letelica bila pravilno orijentisana u odnosu na horizont, svih osam tražila u zoni ogledala bilo je osvetljeno suncem. Posmatranje zemljine površine kroz središnji dio ekrana ("Earth run") omogućilo je određivanje smjera leta.

Još jedan uređaj pomogao je astronautu da odluči kada će započeti manevar povratka - mali globus sa satnim mehanizmom, koji je pokazivao trenutni položaj letjelice iznad Zemlje. Znajući polazna tačka položaja, bilo je moguće sa relativnom tačnošću odrediti mesto predstojećeg sletanja.

Ovaj ručni sistem se mogao koristiti samo u osvijetljenom dijelu orbite. Noću se Zemlja nije mogla posmatrati kroz Vzor. Automatski sistem orijentacija je bila da budem sposoban za rad u bilo koje vrijeme.

Brodovi Vostok nisu bili prilagođeni za letove s ljudskom posadom na Mjesec, a također nisu dozvoljavali mogućnost letova ljudi koji nisu prošli posebnu obuku. To je uglavnom bilo zbog dizajna brodskog modula za spuštanje, koji se od milja naziva Lopta. Sferni oblik vozila za spuštanje nije omogućio upotrebu orijentacijskih potisnika. Uređaj je izgledao kao lopta, čija je glavna težina bila koncentrisana u jednom dijelu, pa je pri kretanju balističkom putanjom automatski okrenula svoj teški dio prema dolje. Balističko spuštanje je značilo osam puta veću G-silu po povratku iz Zemljine orbite i dvadeset puta po povratku sa Mjeseca. Sličan balistički aparat bila je Merkurova kapsula; brodovi Gemini, Apollo i Soyuz, zbog svog oblika i pomaknutog centra gravitacije, omogućili su smanjenje doživljenih preopterećenja (3 G za povratak iz orbite oko Zemlje i 8 G za povratak sa Mjeseca), te su imali dovoljnu manevarsku sposobnost da promenite tačku sletanja.

Sovjetski brodovi "Vostok" i "Voskhod" kao i američki "Merkur" nisu bili u stanju da izvode orbitalne manevre, dozvoljavajući samo rotacije u odnosu na glavne osovine. Ponovno pokretanje pogonskog sistema nije bilo predviđeno, već je korišten samo u svrhu izvođenja manevra povratnog kočenja. Ipak, Sergej Pavlovič Koroljov, pre nego što je započeo razvoj Sojuza, razmatrao je mogućnost stvaranja manevarskog Vostoka. Ovaj projekat je uključivao spajanje broda sa specijalnim booster modulima, koji bi mu u budućnosti omogućili da se koristi u zadatku letenja oko Mjeseca. Kasnije je ideja o manevarski verziji broda Vostok implementirana u izviđačke satelite Zenit i specijalizirane satelite Foton.

Svemirska letjelica podsjeća na podmornicu: tu i tamo posada je prisiljena živjeti u kabini pod tlakom, potpuno izolirana od spoljašnje okruženje. Sastav, pritisak, temperatura i vlažnost vazduha u kabini će se regulisati posebnim aparatom. Ali prednost svemirske letjelice u odnosu na podmornicu je manja razlika između tlaka unutar kabine i vanjskog. I što je ta razlika manja, zidovi kućišta mogu biti tanji.

Sunčeve zrake mogu se koristiti za grijanje i osvjetljavanje brodske kabine. Koža broda, poput zemljine atmosfere, odlaže ultraljubičaste zrake Sunca koji prodiru u međuplanetarni prostor, a koji su u velikim količinama štetni za ljudski organizam. Za bolju zaštitu prilikom sudara sa meteorskim tijelima, preporučljivo je napraviti višeslojnu kožu broda.

Dizajn svemirskog broda ovisi o njegovoj namjeni. Brod koji sleti na Mjesec bit će veoma različit od broda dizajniranog da ga oblijeta; brod za Mars mora biti izgrađen drugačije od broda do Venere; raketni brod na termohemijsko gorivo će se značajno razlikovati od nuklearnog broda.

Svemirska letelica na termohemijsko gorivo, dizajnirana da leti do veštačkog satelita, biće višestepena raketa veličine vazdušnog broda. Prilikom lansiranja, takva raketa bi trebala biti teška nekoliko stotina tona, a nosivost joj je oko stotinu puta manja. Čvrsto susjedne etape će biti zatvorene u aerodinamično tijelo kako bi se bolje savladao otpor zraka prilikom letenja u atmosferi. Relativno mala kabina za posadu i kabina za ostatak korisnog tereta će se očigledno nalaziti u pramcu broda. Budući da će posada na takvom brodu morati provesti samo kratko vrijeme (manje od sat vremena), neće biti potrebe za složenom opremom, kojom će biti opremljeni međuplanetarni brodovi dizajnirani za dug let. Kontrola leta i sva mjerenja će se izvršiti automatski.

Potrošene stepenice rakete mogu se spustiti nazad na Zemlju ili padobranom ili uz pomoć uvlačnih krila koja stepenicu pretvaraju u jedrilicu.

Razmotrite drugu verziju svemirskog broda (vidi sliku 8, u sredini, na stranicama 24-25). Brod će sa vještačkog satelita krenuti u let oko Mjeseca za dugo istraživanje njegove površine bez slijetanja. Nakon što završi zadatak, vratit će se direktno na Zemlju. Kao što vidite, ovaj brod se uglavnom sastoji od dvije rakete bliznakinje sa tri para cilindričnih rezervoara napunjenih gorivom i oksidantom i dvije svemirske jedrilice sa krilima koja se mogu uvući dizajnirana da se spuste na površinu Zemlje. Brodu nije potrebna aerodinamična obloga, jer se lansiranje vrši izvan atmosfere.

Takav brod će biti u potpunosti izgrađen i testiran na Zemlji, a zatim prebačen na međuplanetarnu stanicu rastavljen. Gorivo, oprema, zalihe hrane i kiseonik za disanje će se tamo isporučivati ​​u posebnim serijama.

Nakon što se brod sastavi na međuplanetarnoj stanici, on će otići dalje u svjetski svemir.

Gorivo i oksidant će ulaziti u motor iz centralnih cilindričnih rezervoara, koji su glavne kabine letelice, privremeno napunjenih gorivom. Prazne se nekoliko minuta nakon polijetanja. Posada je privremeno smještena u manje udobnom kokpitu jedrilice.

Dovoljno je otvoriti mali ventil koji povezuje rezervoare sa bezzračnim prostorom, tako da preostalo gorivo momentalno ispari. Tada se rezervoari kokpita pune vazduhom, a posada u njih ulazi iz jedrilice; ovdje će astronauti provesti ostatak leta.

Odletevši na Mjesec, brod se pretvara u svoj umjetni satelit. Za to se koristi gorivo i oksidator koji se nalazi u stražnjim bočnim spremnicima. Nakon upotrebe goriva, rezervoari se otkaču. Kada je uključeno -

Doći će vrijeme povratka i motor će se uključiti. Gorivo za ovu svrhu se skladišti u prednjim bočnim rezervoarima. Prije ronjenja u Zemljinu atmosferu, posada prelazi na svemirske jedrilice, koje su otkačene od ostatka broda, koji nastavlja kružiti oko Zemlje. Jedrilica ulazi u Zemljinu atmosferu i, manevrišući uvlačnim krilima, spušta se.

Kada letite s isključenim motorom, ljudi i predmeti na brodu će biti bestežinski. Ovo predstavlja veliku neugodnost. Dizajneri će možda morati stvoriti umjetnu gravitaciju na brodu.

Brod prikazan na sl. 8 je izgrađen upravo na ovom principu. Njegove dvije komponente, polijećući kao jedna, zatim se odvajaju jedna od druge, ostajući, međutim, povezane kablovima, i uz pomoć malih raketnih motora pokreću se u kružnom kretanju oko zajedničkog centra gravitacije (slika 6). Nakon što se postigne potrebna brzina rotacije, motori se isključuju i kretanje se nastavlja po inerciji. Centrifugalna sila koja nastaje u ovom slučaju, prema ideji Ciolkovskog, trebala bi zamijeniti putovanje

Emergency Rescue System, ili skraćeno SAS, je "raketa u raketi" koja kruniše vrh Unije:

Sami astronauti sjede na dnu tornja (koji ima oblik stošca):

SAS omogućava spašavanje posade kako na lansirnoj rampi, tako i na bilo kojem dijelu leta. Ovdje je vrijedno razumjeti da je vjerovatnoća da ćete dobiti lyuli na početku mnogo puta veća nego u letu. To je kao sijalica - većina pregorevanja se javlja u trenutku uključivanja. Stoga, prva stvar koju SAS radi u trenutku nesreće je da poleti u zrak i odvede astronaute negdje daleko od eksplozije koja se širi:

SAS motori su upozoreni 15 minuta prije lansiranja rakete.

A sada najzanimljivije. ACS aktiviraju dva pratioca koji istovremeno pritiskaju dugme na komandu direktora leta. Štaviše, komanda je obično ime nekih geografska karakteristika. Na primjer, direktor leta kaže: "Altai", a pratioci aktiviraju SAS. Sve je kao prije 50 godina.

Najgora stvar nije sletanje, već preopterećenje. U vijestima sa spašenim astronautima odmah je naznačeno preopterećenje - 9g. Ovo je izuzetno neugodno preopterećenje za običnog čovjeka, ali za obučenog astronauta nije fatalno, pa čak ni opasno. Na primjer, 1975. godine Vasilij Lazarev je izvukao preopterećenje od 20, a prema nekim izvještajima, 26G. Nije umro, ali su posljedice dovele do kraja njegove karijere.

Kako je rečeno, SAS već ima više od 50 godina. Za to vrijeme doživio je mnoge promjene, ali se formalno osnovni principi njegovog rada nisu promijenili. Pojavila se elektronika, puno različitih senzora, povećana je pouzdanost, ali spašavanje astronauta i dalje izgleda kao da je izgledalo prije 50 godina. Zašto? Jer gravitacija, savladavanje prve kosmičke brzine i ljudski faktor je veličina, naizgled nepromenjena:

Prvo uspješno testiranje CAC-a obavljeno je 67. godine. Zapravo, pokušali su da lete oko Meseca bez posade. Ali prva palačinka je ispala grudasta, pa smo odlučili da u isto vrijeme testiramo CAC, kako bi barem neki rezultat bio pozitivan. Vozilo je sletjelo neoštećeno, a da je unutra bilo ljudi, još bi bili živi.

A ovako SAS izgleda u letu:

Ako imate proizvodnju ili uslugu o kojoj želite da kažete našim čitaocima, pišite Aslanu ( [email protected] ) i napravićemo najbolji izveštaj, koji će videti ne samo čitaoci zajednice, već i sajt Kako se to radi

Svemirski brod. Sigurno mnogi od vas, čuvši ovu frazu, zamišljaju nešto ogromno, složeno i gusto naseljeno, cijeli grad u svemiru. Tako sam svojevremeno zamišljao svemirske brodove, a tome aktivno doprinose brojni naučnofantastični filmovi i knjige.

Vjerovatno je dobro što su autori filmova ograničeni samo fantazijom, za razliku od dizajnera svemirske tehnologije. Barem u bioskopu, možemo uživati ​​u ogromnim količinama, stotinama kupea i hiljadama članova ekipe...

Pravi svemirski brod nije nimalo impresivne veličine:

Fotografija prikazuje sovjetsku letjelicu Sojuz-19, koju su američki astronauti snimili sa svemirske letjelice Apollo. Vidi se da je brod prilično mali, a s obzirom na to da useljiva zapremina ne zauzima cijeli brod, očito je da tamo mora biti velika gužva.

Nije iznenađujuće: velika veličina je velika masa, a masa je neprijatelj broj jedan u astronautici. Dakle, konstruktori svemirski brodovi trude se da budu što lakši, često nauštrb udobnosti posade. Obratite pažnju kolika je gužva na Sojuzu:

Američki brodovi u tom pogledu se ne razlikuju posebno od ruskih. Na primjer, evo fotografije Eda Whitea i Jima McDivita u svemirskoj letjelici Gemini.

Samo posade Space Shuttlea mogle su se pohvaliti barem malo slobode kretanja. Na raspolaganju su imali dva relativno prostrana odjeljka.

Letačka paluba (zapravo kontrolna kabina):

Srednja paluba (ovo je odeljak za domaćinstvo sa mestima za spavanje, toaletom, ostavom i vazdušnom komorom):

Nažalost, sovjetski brod Buran, slične veličine i rasporeda, nikada nije leteo u režimu s posadom, kao TKS, koji i dalje ima rekordnu naseljivu zapreminu među svim brodovima ikada dizajniranim.

Ali naseljiva zapremina daleko od toga nije jedini uslov za svemirsku letelicu. Čuo sam ovakve izjave: "Stapali su čovjeka u aluminijsku limenku i poslali ga da se vrti oko Majke Zemlje." Ova rečenica je, naravno, netačna. Dakle, kako se svemirski brod razlikuje od obične metalne cijevi?

I činjenica da svemirska letjelica mora:
- Obezbediti posadi mešavinu gasova koja može da diše,
- ukloniti ugljični dioksid i vodenu paru koju izdahne posada iz naseljive zapremine,
- obezbijediti prihvatljiv temperaturni režim za posadu,
- Imati zatvorenu zapreminu dovoljnu za život posade,
- Omogućiti kontrolu orijentacije u prostoru i (opciono) mogućnost izvođenja orbitalnih manevara,
- Imati potrebne zalihe hrane i vode za život posade,
- Osigurati mogućnost sigurnog povratka posade i tereta na zemlju,
- Budite što lakši
- Imajte sistem za spašavanje u hitnim slučajevima koji vam omogućava da vratite posadu na zemlju kada hitan slučaj u bilo kojoj fazi leta,
- Budite veoma pouzdani. Svaki kvar opreme ne smije dovesti do otkazivanja leta, niti jedan drugi kvar ne smije ugroziti život posade.

Kao što vidite, ovo više nije obična bačva, već složena tehnološka naprava, punjena raznolikom opremom, koja ima motore i zalihe goriva za njih.

Evo, na primjer, izgled sovjetske letjelice Vostok prve generacije.

Sastoji se od zatvorene sferične kapsule i konusnog odjeljka za instrumente. Gotovo svi brodovi imaju takav raspored, u kojem je većina instrumenata smještena u poseban odjeljak bez tlaka. Ovo je neophodno radi uštede na težini: ako se svi instrumenti smjeste u zapečaćeni odjeljak, ovaj odjeljak bi se pokazao prilično velikim, a budući da mora zadržati atmosferski tlak unutra i izdržati značajna mehanička i toplinska opterećenja prilikom ulaska u guste slojeve. atmosfere prilikom spuštanja na tlo, zidovi moraju biti debeli, čvrsti, što cijelu konstrukciju čini veoma teškom. A odjeljku bez pritiska, koji će se po povratku na zemlju odvojiti od vozila za spuštanje i izgorjeti u atmosferi, nisu potrebni jaki teški zidovi. Vozilo za spuštanje bez nepotrebnih instrumenata prilikom povratka ispada manje i, shodno tome, lakše. Daje mu se i sferni oblik radi smanjenja mase, jer od svih geometrijskih tijela istog volumena, sfera ima najmanju površinu.

Jedina svemirska letjelica u kojoj je sva oprema bila smještena u zatvorenu kapsulu je američki Mercury. Evo njegove fotografije u hangaru:

Jedna osoba bi mogla stati u ovu kapsulu, i to s mukom. Shvativši neefikasnost takvog aranžmana, Amerikanci su napravili svoju sljedeću seriju Gemini brodova s ​​odvojivim odjeljkom za instrumente i agregat koji se može odvojiti. Na fotografiji, ovo je stražnji dio broda u bijeloj boji:

Usput, u Bijela boja ovaj odeljak je ofarban s razlogom. Činjenica je da su zidovi odjeljka probijeni mnogim cijevima kroz koje kruži voda. Ovo je sistem za uklanjanje viška toplote primljene od Sunca. Voda uzima toplinu iz unutrašnjosti odeljka pogodnog za stanovanje i daje je površini instrumentno-agregatnog odjeljka, odakle se toplina zrači u prostor. Kako bi se ovi radijatori manje zagrijavali na direktnoj sunčevoj svjetlosti, obojeni su u bijelo.

Na brodovima Vostok, radijatori su bili smješteni na površini konusnog instrumentno-agregatnog odjeljka i bili su zatvoreni kapcima sličnim roletama. otvaranje različit iznos klapne, bilo je moguće regulirati prijenos topline radijatora, a time i temperaturni režim unutar broda.

Na brodovima Soyuz i njihovim teretnim kolegama Progress, sistem odvođenja toplote je sličan Gemini. Obratite pažnju na boju površine pregrade za instrumente. Naravno, bijeli :)

Unutar pretinca za instrumente nalaze se nosači motora, ranžirni motori s malim potiskom, zaliha goriva za sve ove stvari, baterija, zaliha kisika i vode, te dio elektronike u vozilu. Vanjske, radio komunikacijske antene, blizine antene, razni senzori orijentacije i solarni paneli.

Vozilo za spuštanje, koje istovremeno služi i kao kabina letjelice, sadrži samo one elemente koji su potrebni prilikom spuštanja vozila u atmosferu i mekog sletanja, kao i ono što posadi treba biti direktno dostupno: kontrolnu tablu , radio stanicu, hitno snabdevanje kiseonikom, padobrane, kasete sa litijum hidroksidom za uklanjanje ugljen-dioksida, motore za meko sletanje, lože (stolice za astronaute), komplete za hitne spašavanje u slučaju sletanja na vanprojektovanu tačku i, naravno, sami astronauti.

Brodovi Sojuzi imaju još jedan odjeljak - za domaćinstvo:

Sadrži sve što vam je potrebno na dugom letu, a bez čega možete u fazi lansiranja broda u orbitu i pri slijetanju: naučne instrumente, zalihe hrane, sanitarni uređaj (wc), skafandera za vanmorske aktivnosti, vreće za spavanje i ostali kućni predmeti.

Poznat je slučaj sa svemirskim brodom Soyuz TM-5, kada je, radi uštede goriva, kućni odjeljak ispaljen ne nakon izdavanja impulsa kočenja za izlazak iz orbite, već prije. Samo sada nije bilo impulsa kočenja: sistem za orijentaciju je otkazao, tada nije bilo moguće pokrenuti motor. Kao rezultat toga, kosmonauti su morali da ostanu u orbiti još jedan dan, a toalet je ostao u odjeljku za potrepštine. Teško je dočarati kakve su neprijatnosti astronauti doživjeli ovih dana, dok, konačno, nisu uspjeli bezbedno sletjeti. Nakon ovog incidenta, odlučili su da postignu rezultat na takvoj ekonomičnosti goriva i nakon kočenja pucaju u odjeljak za domaćinstvo zajedno sa instrumentom-agregatom.

Toliko se u "banki" ispostavilo raznih poteškoća. Zasebno ćemo proći kroz svaki tip svemirskih letjelica SSSR-a, SAD-a i Kine u sljedećim člancima. Ostanite sa nama.

Uvod

Iz kursa fizike sam naučio da da bi tijelo postalo umjetni satelit Zemlje, treba mu reći brzinu jednaku 8 km/s (I kosmička brzina). Ako se takva brzina prenese tijelu u horizontalnom smjeru na površini Zemlje, onda će u nedostatku atmosfere ono postati Zemljin satelit koji se okreće oko nje po kružnoj orbiti.

Takvu brzinu satelitima mogu izvesti samo dovoljno moćni svemirske rakete. Trenutno, hiljade vještačkih satelita kruži oko Zemlje!

A da bi stigla do drugih planeta, letjelica mora biti obaviještena o svemirskoj brzini II, koja je oko 11,6 km/s! Na primjer, da biste stigli na Mars, što će Amerikanci uskoro učiniti, morate letjeti tako ogromnom brzinom više od osam i po mjeseci! I to ne računajući put nazad na Zemlju.

Kakva bi trebala biti struktura svemirske letjelice da postigne tako ogromne, nezamislive brzine?! Ova tema Bio sam veoma zainteresovan i odlučio sam da naučim sve suptilnosti dizajna svemirskih brodova. Kako se pokazalo, zadaci praktičnog dizajna donose nove oblike u životu. aviona i zahtijevaju razvoj novih materijala, koji zauzvrat stvaraju nove probleme i otkrivaju mnoge zanimljive aspekte starih problema u fundamentalnim i primijenjenim istraživanjima.

materijala

Osnova razvoja tehnologije je poznavanje svojstava materijala. Sve svemirske letjelice koriste različite materijale u raznim okruženjima.

U posljednjih nekoliko godina, broj proučavanih materijala i karakteristika koje nas zanimaju dramatično se povećao. Brzi rast broja tehničkih materijala koji se koriste u stvaranju svemirskih letjelica, kao i sve veća međuzavisnost dizajna svemirskih letjelica i svojstava materijala ilustrovani su u tabeli. 1. Godine 1953. aluminijum, magnezijum, titanijum, čelik i specijalne legure bili su od interesa prvenstveno kao materijali za vazduhoplovstvo. Pet godina kasnije, 1958. godine, bili su naširoko korišćeni u raketnoj nauci. Godine 1963. svaka od ovih grupa materijala već je uključivala stotine kombinacija elemenata ili komponenti, a broj materijala od interesa porastao je za nekoliko hiljada. Trenutno su gotovo svuda potrebni novi i poboljšani materijali i malo je vjerovatno da će se situacija promijeniti u budućnosti.

Tabela 1

Materijali koji se koriste u konstrukcijama svemirski brod

Potražnja za novim znanjem u nauci o materijalima i tehnologiji odjekuje našim univerzitetima, privatnim kompanijama, nezavisnim istraživačkim organizacijama i raznim državnim organima. Tabela 2 daje neku ideju o prirodi i obimu NASA-inog istraživanja novih materijala. Ova djela uključuju i fundamentalne i primijenjeno istraživanje. Najveći napori su koncentrisani na terenu fundamentalno istraživanje u fizici čvrstog stanja i hemiji. Ovdje su od interesa atomska struktura materije, interakcije međuatomskih sila, kretanje atoma, a posebno utjecaj defekata srazmjernih veličini atoma.

tabela 2

Program istraživanja materijala

U sljedeću kategoriju spadaju konstrukcijski materijali visoke specifične čvrstoće, kao što su titan, aluminij i berilijum, toplotno otporne i vatrostalne legure, keramika i polimeri. Posebna grupa bi trebala uključivati ​​materijale za supersonic transportna avijacija.

Sve je veće interesovanje za kategoriju materijala koji se koriste u elektronici u NASA programu. Istraživanja su u toku na supravodnicima i laserima. U grupi poluvodiča proučavaju se i organski i neorganski materijali. Istraživanja se provode i u oblasti termoelektronike.

Konačno, program istraživanja materijala završava se vrlo općim razmatranjem pitanja praktična upotreba materijala.

Kako bih pokazao potencijalne primjene rezultata istraživanja materijala u budućnosti, fokusirat ću se na studije vezane za proučavanje utjecaja prostornog rasporeda atoma na svojstva trenja metala.

Kada bi bilo moguće smanjiti trenje između metalnih površina u kontaktu, onda bi to omogućilo poboljšanje gotovo svih vrsta mehanizama s pokretnim dijelovima. U većini slučajeva, trenje između površina koje se spajaju je veliko i primjenjuje se podmazivanje kako bi se smanjilo. Međutim, razumijevanje mehanizma trenja između nepodmazanih površina također je od velikog interesa.

Slika 1 predstavlja neke od rezultata istraživanja sprovedenog u Lewisu istraživački centar. Eksperimenti su izvedeni u uslovima visokog vakuuma, jer atmosferski gasovi zagađuju površine i drastično menjaju njihova svojstva trenja. Prvi važan zaključak je da karakteristike trenja čisti metali u velikoj mjeri ovise o njihovoj prirodnoj atomskoj strukturi (vidi lijeva strana Fig.1). Kada se metali skrućuju, atomi nekih formiraju heksagonalnu prostornu rešetku, dok atomi drugih formiraju kubičnu. Pokazalo se da metali sa heksagonalnom rešetkom imaju mnogo manje trenje od metala sa kubičnom rešetkom.

Slika 1. Utjecaj strukture atoma na suho trenje (bez podmazivanja).

Fig.2. Zahtjevi za materijale otporne na toplinu.