Термостекло вместо окон и пуленепробиваемый панцирь: из чего сделан космический корабль

Если бы вы могли отправиться в космос, то какой космический корабль вы бы построили? Из чего? Эти вопросы задают ученые в Исследовательском центре NASA. Там инженеры находят ответы, необходимые для разработки транспортных средств. Им может потребоваться много лет целенаправленных исследований, чтобы найти правильный тип конструкции и подходящие материалы, которые смогут выдержать невероятную жару и холод космических путешествий. Их конструкции должны пройти многочасовые строгие испытания. Рассказываем, из чего состоит главное транспортное средство за пределами нашей планеты.

Космические корабли должны быть прочными для безопасности. В то же время они должны быть легкими, чтобы у них было больше шансов избежать гравитационного притяжения Земли с меньшим количеством топлива.

Поскольку космические аппараты подвержены колебаниям температуры, давления и ускорения, то материалы, из которых они построены, должны выдерживать эти экстремальные условия без разрушения конструкции.

1. Кевлар

Сей материал обладает достаточной прочностью, чтобы противостоять пулям (именно из него создают пуленепробиваемую одежду для военных и полиции). Это делает его идеальным оружием против ударов метеоритов и космического мусора. Кроме того, кевлар весит немного. Он способен выдерживать экстремальные температуры без повреждения структуры или изменения формы.

2. Алюминий

Сам по себе этот легкий металл не обладает необходимой прочностью для использования в космосе, но в сплаве с другими компонентами его прочность увеличивается. Алюминиевый сплав настолько хорошо показал себя в испытаниях на устойчивость к ударам, что МКС использует его для ставней, чтобы мусор не повредил окна. Внешний топливный бак также сделан в основном из алюминия.

3. Армированный углерод-углеродный композит

Для носовой части космического аппарата, температура которого превышает 1260°C, NASA использует армированный углерод-углеродный композит (RCC). Его преимущество заключается в способности передавать тепло от одних частей шаттла к другим, тем самым помогая ему остыть. Это напоминает то, как радиатор косвенно охлаждает автомобильный двигатель.

Процесс, используемый для создания RCC, приводит к появлению трещин. Однако когда температура вокруг корабля повышается, трещины закрываются. Это изменение структуры материала при различных температурах показывает, насколько необходимо тестирование содержимого. Без тщательного осмотра детали могут не работать должным образом, а это непременно приведет к выходу из строя всего космического корабля.

4. Термостекло

Космическим шаттлам нужны окна, сквозь которые космонавты могли бы ясно видеть и которые не пропускали бы тепло. Термостекло оказалось хорошим решением. Оно защищает экипаж как от высоких, так и от низких температур вокруг окон, а также от давления во время космических путешествий.

Отдельные компоненты проходят испытания перед тем, как их соединят в очередной спутник или «Союз». После этого корабль нуждается в еще одном раунде испытаний, чтобы убедиться, что он сможет успешно приспособиться к условиям на орбите.

Космос подвергает все материалы серьезным нагрузкам, позволяя выжить только самым прочным изделиям.

При проектировании космических кораблей инженерам необходимо знать, какие типы материалов следует использовать. Испытания элементов в расчетных формах и толщинах гарантируют, что они смогут выдержать нагрузку при выходе на орбиту. Эту часть процесса проектирования инженеры-конструкторы просто не могут упустить из виду. Ни одна компания не хочет в один прекрасный день обнаружить, что их космический корабль вышел из строя, едва ли соприкоснувшись с орбитой.

Чтобы тщательно изучить прочность материалов, ученые подвергают их множеству испытаний на различные нагрузки, которые те испытывают в космосе. Каждая часть шаттла нуждается в оценке еще до того, как материалы объединятся в готовые детали.

Столкновения. Искусственные и природные объекты ежедневно бомбардируют орбитальные спутники. Испытание на удар гарантирует, что материалы выдержат сильные столкновения.

Коррозия. Этот тип испытаний проверяет срок службы до того, как материал разрушится. Прочность на сжатие жизненно важна для материалов, которым суждено испытать экстремальное космическое давление. Испытания на выносливость показывают, как долго материалы будут выдерживать самые сильные нагрузки, пока не выйдут из строя.

Подвергание материала воздействию экстремально высоких и низких температур космоса — часть процесса тепловых испытаний. А воспламеняемость определяет, насколько хорошо горят материалы, и проверяет, как быстро будет распространяться огонь. Иными словами, материалы должны останавливать пламя, а не продвигать его вперед по кораблю.

Такие строгие испытания необходимы почти для любого космического аппарата, чтобы убедиться, что он выдержит как интенсивные стартовые нагрузки, так и экстремальные условия в космосе.

Однако, по словам студентов-аспирантов МГТУ им. Баумана, с которыми мы пообщались и записали видеоподкаст, испытания больших и малых космических кораблей отличаются. К большому аппарату предъявляется больше требований. В то же время малый аппарат, например, крошечный спутник «Ярило-1», которые запустили аспиранты, не требует прохождения длинного списка тестов. Несмотря на более узкий спектр испытаний для малых аппаратов, их функционал остается прежним.

В настоящее время не существует методов ремонта шаттлов или спутников на орбите. Любое выпущенное в космический океан судно должно быть полностью подготовлено, чтобы прослужить достаточно долго и идеально выполнить свою работу.

━━━━━

Анастасия Дегтярева