18新利最新登入自修复航天器将如何工作

作者:Kevin Bonsor
一种新开发的嵌入微胶囊愈合剂的材料,可以在形成微小裂缝时自愈。"width=
一种新开发的嵌入微胶囊愈合剂的材料,可以在形成微小裂缝时自愈。
图片由伊利诺伊大学提供

当你割伤自己时,你会惊奇地发现你的身体修复伤口的速度有多快。18新利最新登入你的身体立即将伤口周围的皮肤拉回一起。如果你有疤痕,你就能看到我们身体自我修复能力的证据。科学家们现在正在开发一种新型的复合材料,它将为宇宙飞船提供同样的自我修复能力。

如果人类计划前往遥远的太空和星际行星,就需要新的先进材料来建造宇宙飞船。目前的复合材料的一个弱点是,它们往往会形成微小的微裂纹,随着时间的推移会造成重大损伤。2001年2月,研究人员在伊利诺伊大学香槟分校宣布他们已经开发出一种新的合成材料,这种材料在开裂或破碎时可以自愈。

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这种新型智能材料和其他类似的技术可能是建造能够远离地球数百万英里的宇宙飞船的第一步,在那里维修并不容易。在本期的18新利最新登入物品如何工作,您将了解这种新的自我修复复合材料和电子系统,它可以在问题变得太大之前分析和修复自己。

宇宙飞船,自愈

在这张图中,你可以看到裂缝是如何破裂的,充满愈合剂的微胶18新利最新登入囊与催化剂接触,使裂缝闭合。"width=
在这张图中,你可以看到裂缝是如何破裂的,充满愈合剂的微胶18新利最新登入囊与催化剂接触,使裂缝闭合。
图片由伊利诺伊大学提供

飞船船体的损伤通常始于肉眼看不见的微小表面裂缝。这些微薄的裂缝也可以在材料表面下形成,在那里它们被隐藏起来。一旦这些裂缝形成,它们就会扩大,直到材料变弱和断裂。为了防止这些微小的裂缝扩大,一种新材料已经被开发出来,它可以感知损伤并立即自我修复。这种自我修复能力可以显著延长航天器的寿命。

这种新型自愈材料由三部分组成:

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  • 复合材料-大部分材料是环氧聚合物复合材料。聚合物复合材料是由碳、玻璃或凯夫拉尔纤维和环氧树脂、乙烯基酯或聚氨酯等树脂制成的高级材料。
  • 微囊化愈合剂-这是固定复合材料中形成的微裂纹的胶水。这种治愈剂是一种液体,叫做二环戊二烯,或DCPD。这种液体被包裹在整个复合材料中的微小气泡。每立方英寸大约有100到200个胶囊。图片由伊利诺伊大学提供破裂微囊的扫描电子显微镜图像。
  • 催化剂-为了聚合,愈合剂必须与催化剂接触。一种专利催化剂,叫做格拉布的催化剂,是用于这种自愈材料。重要的是,催化剂和愈合剂保持分离,直到他们需要密封裂纹。

当复合材料中形成微裂纹时,它会在材料中扩散。这样,这个裂缝就会使微胶囊破裂,并释放出愈合剂。这种愈合剂将通过裂缝向下流动,并不可避免地与格拉布斯催化剂接触,从而启动聚合过程。这一过程最终会使裂缝闭合。在测试中,自愈合复合材料恢复了原始强度的75%。

这种自愈材料的市场远远不止宇宙飞船。每年大约有2000万吨复合材料用于工程、国防项目、海上石油勘探、电子和生物医药。这种自愈材料将出现在许多日常用品中,包括聚合物复合电路板、人造关节18新利最新登入、桥梁支架和网球拍。

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住电线

在长期的太空任务中,维护机载计算机和电子系统的健康与维护外壳一样重要。新利国际网站品牌官网美国宇航局正在研究一种新型系统,该系统将赋予航天器内部线路的自我修复能力。这种新的可进化硬件将能够监控电子设备,并在故障成为关键问题之前纠正系统。

最初,自修复飞行系统将用于飞机,然后再用于航天器。在NASA航空安全计划,总部设在兰利研究中心美国的研究人员正在研究这种自我修复的计算机系统。1999年,美国航天局报告说,它可能在2004年拥有商业系统。这里的想法是创建一个使用低功耗集群的自修复计算机系统处理器通过无线链路与航天器系统松散耦合。

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这些新利国际网站品牌官网健康管理而且控制异常管理系统可以在问题变得不可纠正之前检测、诊断和预防异常。计算机化的健康管理系统将监测重要功新利国际网站品牌官网能,帮助预防和减少任何故障,提高机组人员应对问题的能力,并在紧急情况下减少飞行员的工作量。控制异常管理将包括先进的检测和预测算法、显示格式、飞行员提示以及引导和控制方法,以防止故障发生时发生事故。这两种系统都可以用于飞机和宇宙飞船。

在未来,宇宙飞船可能会把我们带到太阳系的边缘甚至更远的地方。如果这成为可能,我们需要有内置安全装置的航天器。这些智能宇宙飞船必须能够感知并对潜在的问题做出反应,这些问题可能是人类乘客看不到的。

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