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商业航天如火如荼,并将成为人类未来的重要组成部分。应用于这一领域的新材料,当前的最佳实践体现在国际空间站 (ISS) 和为地球提供服务并进入太阳系进行探索之旅的卫星上。有些材料相比其他更能适应真空环境。
一起了解一下应用于太空的材料有哪些。
铝
铝最有用的特性或许是它既坚固又非常轻便。铝本身的耐用性不足以在太空中使用,但它是制造用于太空的合金时最常见的添加剂。添加铝是因为它可以在不牺牲太多强度的情况下减轻成品的重量。例如,宇航员在国际空间站上使用铝合金百叶窗来保护空间站免受飞行的太空碎片的伤害。
钛及钛合金
钛是一种轻质金属,用于喷气飞机,可单独使用或制成太空合金材料。国际空间站和卫星上的现有太空基础设施中都大量使用钛。罗塞塔计划 (Rosetta Project) 的一块蚀刻纯钛板如今安装在国际空间站外部,其中包含地球语言的记录。钛可以承受太空中的极端环境,包括温度波动、宇宙和太阳辐射。
碳-碳复合材料
这种材料也称为RCC,在美国航天飞机计划中至关重要。它覆盖了航天飞机机翼表面的重要区域,在重返大气层时承受极端热量。工作原理就像一个复杂的汽车散热器,释放热量。它被置于极端热量可能影响航天飞机运行的任何地方,并将热量从航天器更敏感的区域转移出去。
RCC 重量轻,但也很脆弱。哥伦比亚号航天飞机发射期间,一块从外部油箱上脱落的聚氨酯泡沫绝缘材料造成了隔热材料局部损坏,导致了七名机组人员死亡的灾难性事件。X-37 军用航天飞机和追梦者号使用了一种更先进的 RCC 版本,称为TUFROC(增韧单片纤维增强抗氧化复合材料的缩写)。
凯芙拉
凯夫拉纤维是一种重要的太空材料。众所周知,它用于设计耐用的服装。军队和执法部门使用凯夫拉纤维背心来保护士兵和警察免受子弹的伤害。就像它能阻挡子弹一样,太空中的凯夫拉纤维可以保护卫星、航天器和国际空间站免受地球轨道上漂浮的垃圾和太空碎片的伤害。
凯夫拉纤维重量轻且耐用,它可以承受极热和极冷的温度而不会变形。
隔热玻璃
国际空间站、龙飞船和其他载人航天器的窗户都是用耐热玻璃制成的。普通玻璃在太空环境中会破碎,无法承受发射或穿过大气层的冲击。耐热玻璃的特性使其能够承受航天器进出太空时不断变化的压力。它能承受极热和极冷的温度而不会开裂或破碎。
二氧化硅布和气凝胶
对于航天器上需要更柔韧的区域,通常使用硅布。例如,美国航天飞机起落架周围的区域使用了硅布。虽然它不是最耐用的材料,但它能经受住太空旅行的严酷考验而不会破裂。
气凝胶曾用于美国航天飞机,目前也用于美国宇航局的火星探测器,包括好奇号和毅力号。气凝胶的化学结构与玻璃相似,其孔隙中含有气体或空气,而不是液体。单个孔隙小于人类头发直径的万分之一,只有几纳米。硅气凝胶的纳米多孔性质使该材料具有已知固体中最低的热导率。
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