A térnek és azon túl is. Az Állami Kutatóközpont „Keldysh Center” befejezi az öngyógyító anyagok kutatását
A Keldysh Központ alkalmazottai és fejlesztéseik a MAKS-2021-nél
Az egyik ígéretes terület az anyagtudomány területén az ún. öngyógyító anyagok. Ezek speciális kompozitok, amelyek képesek önállóan helyreállítani a sérült területeket, miközben megtartják az alapvető mechanikai jellemzőket. Az öngyógyító kompozitok fejlesztése külföldön és hazánkban is folyik. A főbb hazai projektek ebben az irányban a "Keldysh Center" Állami Tudományos Központban jönnek létre a "Roskosmos" szerkezetéből.
Ígéretes irány
A Keldysh Központ az Orosz Alapkutatási Alapítvánnyal és számos más tudományos szervezettel együtt az elmúlt néhány évben az öngyógyító anyagok témáján dolgozott. A főbb gondolatokat és koncepciókat már megtaláltuk, valamint az ezeken alapuló specifikus vegyületek és kompozitok tanulmányait. Az elért sikerekről többször is beszámoltak lektorált folyóiratok. Ezen kívül kiállításokon új anyagok mintái is láthatók.
Az ígéretes kompozit jelenlegi változatát az elmúlt MAKS-2021 és Army-2021 kiállításokon mutatták be. Már átesett a laboratóriumi vizsgálatokon, amelyek során megerősítette a szúrások és vágások utáni felépülési képességét. A prototípusokon az akár több milliméteres sérüléseket is gyorsan és hatékonyan „meghúzták”.
A fejlesztő szervezet tájékoztatása szerint egy ígéretes projekt kutatómunkája ez év decemberében fejeződik be. A további terveket még nem hozták nyilvánosságra. Talán a Keldysh Központ és más vállalkozások elkezdik tanulmányozni egy új kompozit gyakorlati bevezetésének kérdéskörét.
A jelenleg bemutatott öngyógyító kompozit egy többrétegű lágy anyag, amely különféle termékek gyártására alkalmas. Először is, különféle célokra használható felfújható elemekről beszélünk. Ezek lehetnek légterű lakható rekeszek, folyadéktartályok stb.
Új anyag
Az ígéretes kompozit a borosziloxán anyagon és vegyületein alapul. A kompozitban használt vegyületek nem newtoni folyadék tulajdonságaival rendelkeznek, amelyeknek köszönhetően biztosítják a szükséges funkciókat - a statikus terhelések ellenálló képességét és a sérülések helyreállítását.
A borosziloxán tulajdonságai: a) - visszapattanás a rugalmasság miatt ütési terhelés hatására; b, c) - folyékonyság a gravitáció hatására; d, e) - az anyag nyújtása
A borosziloxán alapján különböző kompozitokat lehet létrehozni, amelyek általában hasonló felépítésűek. Háromrétegű rendszert javasolnak. Külső és belső különböző anyagokból készülhet, amelyek biztosítják a szükséges mechanikai jellemzőket. Ez különösen lehet egy térhálós borosziloxán - olyan anyag, amely valamilyen vagy olyan típusú rostokat használ. Szilikon és szilikonnal impregnált üvegszálakat is teszteltek.
A külső rétegek közé egy viszonylag vastag mátrixréteg viszkózus borosziloxán tiszta formában vagy rosttal töltve van elhelyezve. Ő az, aki egy nem-newtoni folyadék összes tulajdonságát felhasználja, és felelős az ún. tömeg átadása a sérülés területére, ami a lyuk "gyógyulásához" vezet. A kompozit összetételétől függően más rétegek is hasonló tulajdonságokkal rendelkezhetnek. Ugyanakkor minden rétegnek megvan a maga funkciója, mind a mechanikai, mind a szigorítási sérülések folyamatában.
Az öngyógyító kompozit működési elve meglehetősen egyszerű. Ilyen anyagból felfújható vagy más termék készül, amelyet úgy terveztek, hogy bizonyos nyomású belső légkörben működjön. Ez utóbbi feszültséget hoz létre, amelyben a kompozit belső rétege rugalmas anyag tulajdonságaival rendelkezik. Ez a viselkedés ütközés vagy egyéb terhelés hatására is megmarad.
Ha egy vagy több réteg megsérül, a feszültség csökken, aminek következtében a borosziloxán viszkózus folyadék tulajdonságait kezdi mutatni. Hajlamos belefolyni a lyukba, és ennek eredményeként szó szerint bezárja azt. Emiatt a termékből a légkör kivérzése leáll, a terhelések újra megjelennek, így a kompozit rugalmas és ütésálló lesz.
A károsodás helyreállításának sebessége a kompozit szerkezetétől, a borosziloxán mátrix összetételétől, a lyuk természetétől stb. függ. A kisebb horpadások és sérülések néhány másodperc alatt helyreállnak. A nagyobb szünetek akár több percet is igénybe vehetnek. A "begyógyult" sérülés maximális lehetséges nagyságát a belső réteg vastagsága és ennek megfelelően az átvihető tömeg mennyisége határozza meg. Miközben azonban csak milliméterekről beszélünk.
A térnek és azon túl is
A Keldysh Center a Roskosmos fővállalkozása számos területen. Különösen a „Funkcionális anyagok az űrtechnológiához” irányzat fejlesztéséért felel. Ez azt jelzi, hogy új öngyógyító anyagokat hoznak létre elsősorban a rakéta- és űripar számára.
Munkavázlat (balra) és a kompozit keresztmetszete (jobbra)
A javasolt kompozitoknak számos fontos jellemzője van. Amellett, hogy helyreállíthatók, könnyűek és rugalmasak. Mindez lehetővé teszi egyes termékek és tárgyak szerkezeti anyagaként történő felhasználását, bizonyos szintű védelmet biztosítva. Ezenkívül más anyagokkal együtt is használhatók további védelemként a mechanikai sérülések ellen.
Például egy öngyógyító kompozit felhasználható egy űrhajó megvédésére a törmelékektől vagy mikrometeoritoktól. Az ilyen anyag elnyeli a kis tárgyak ütéseit, és csillapítja azok energiáját, megakadályozva, hogy károsítsák a hajó fő alkatrészeit. Ezenkívül a kompozit képes lesz lyukak lezárására, ami meghosszabbítja az egész rendszer élettartamát.
Ezenkívül az új kompozitok alkalmazásra kerülhetnek az űrruhák következő generációjában. Ugyanakkor lehetőség van szkafanderek készítésére mind a pályán való munkához, mind a holdprogramhoz. Mindkét esetben hasznosak lesznek az új anyagok tulajdonságai, és javítják az öltönyök teljesítményét.
A távoli jövőben az öngyógyító anyagokat hosszú távú építmények, például a holdi állomások építésénél is felhasználhatják. A szükséges méretű kompozit kupola minden más szerkezetnél könnyebb lesz, ami leegyszerűsíti a szállítást és a telepítést. Ezenkívül a borosziloxán segítségével megoldódik a mikrometeoritok "támadása" miatti kisebb javítások és szivárgások problémája.
A visszanyerhető kompozitok természetesen nem csak az űrben, hanem a Földön is használhatók. Belőlük különféle célú konténereket lehet készíteni, lehetőség nyílik berendezések vagy szerkezetek építésénél stb. Általában minden az ilyen anyagok konkrét projektekben való felhasználásának szükségességén és célszerűségén múlik.
Tapasztalat és gyakorlat
A Keldysh Központ és a kapcsolódó szervezetek ígéretes projektje azonban egyelőre még csak a kutatómunka stádiumában van. Az év végén elkészülnek, és akkor derülnek ki az irány főbb eredményei, valós kilátásai. Ezután lehetőség nyílik az új anyagok valós projektekbe való bevezetésének kérdéseinek tanulmányozására.
Elméletileg az öngyógyító anyagok számos területen felhasználhatók, és nagy jövőjük van. Ezek megvalósítása azonban mindeddig lehetetlen volt a jól kidolgozott és „technikailag kiforrott” kompozíciók, receptek hiánya miatt. A probléma megoldása a kívánt véghez közeledik – és hamarosan az új technológia a rakéta- és űrtechnológia tervezőinek kezébe kerül.
- Rjabov Kirill
- SSC "Keldysh központja"
Információk