Hvordan selvhelende rumfartøjer vil fungere

Når du skærer dig selv, det er fantastisk at se, hvor hurtigt din krop reagerer på at reparere såret. Med det samme, din krop arbejder på at trække huden omkring snittet sammen igen. Hvis du har et ar, du kan se tegn på vores krops selvhelbredende kraft. Forskere udvikler nu en ny type kompositmateriale, der vil give rumfartøjer de samme selvhelbredende kvaliteter.

Hvis mennesker planlægger at rejse langt ud i rummet og til interstellare planeter, nye avancerede materialer vil være nødvendige for konstruktion af rumfartøjer. En svaghed ved nuværende kompositmaterialer er, at de har tendens til at danne små hårgrænser, hvilket med tiden vil medføre store skader. I februar 2001, forskere ved University of Illinois i Urbana Champaign meddelte, at de har udviklet et nyt syntetisk materiale, der vil helbrede sig selv, når det revner eller knækkes.

Dette nye smarte materiale og andre teknologier som det kan være det første skridt i at bygge et rumskib, der kan rejse millioner af miles fra Jorden, hvor reparationer ikke vil være lette at foretage. I denne udgave af How Stuff WILL Work, du vil lære om dette nye selvhelende komposit- og elektroniksystem, der analyserer og retter sig selv, før problemer bliver for store.

Rumskib, Helbred dig selv

Skader på et rumskibs skrog begynder ofte som små overfladesprækker, som er usynlige for øjet. Disse mikro-tynde revner kan også dannes under overfladen af ​​materialet, hvor de er skjult for synet. Når disse revner dannes, de vil vokse, indtil materialet svækkes og går i stykker. For at forhindre disse små revner i at sprede sig, der er udviklet et nyt materiale, der vil mærke skader og reparere sig selv med det samme. Denne selvhelbredende evne kan betydeligt forlænge rumfartøjets levetid.

Der er tre dele til dette nye selvhelbredende materiale:

• Kompositmateriale - Hovedparten af ​​materialet er en epoxypolymerkomposit. Polymerkompositter er avancerede materialer, der er fremstillet af kulstof, glas eller Kevlar og en harpiks, såsom epoxy, vinylester eller urethan.
• Mikroindkapslet helbredende middel - Dette er limen, der fikserer de mikrorevner, der dannes i kompositmaterialet. Dette helbredende middel kaldes en væske dicyclopentadien , eller DCPD. Denne væske er indkapslede små bobler, der spredes gennem kompositmaterialet. Der er omkring 100 til 200 kapsler pr. Foto høflighed University of Illinois Scanning af elektronmikroskopbillede af en bristet mikrokapsel.
• Katalysator - For at polymerisere, helbredelsesmidlet skal komme i kontakt med en katalysator. En patenteret katalysator, hedder Grubbs 'katalysator , bruges til dette selvhelbredende materiale. Det er vigtigt, at katalysatoren og helingsmidlet forbliver adskilt, indtil de er nødvendige for at forsegle en revne.

Når der dannes en mikro -revne i kompositmaterialet, det vil sprede sig gennem materialet. Ved at gøre det, denne revne vil briste mikrokapslerne og frigive det helbredende middel. Dette helbredende middel flyder ned gennem revnen og kommer uundgåeligt i kontakt med Grubbs 'katalysator, som starter polymeriseringsprocessen. Denne proces vil i sidste ende binde revnen lukket. I test, det selvhelbredte kompositmateriale genvandt hele 75 procent af sin oprindelige styrke.

Markedet for denne form for selvhelbredende materiale rækker langt ud over rumfartøjer. Ca. 20 millioner tons kompositmateriale bruges hvert år til teknik, forsvarsprojekter, offshore olieefterforskning, elektronik og biomedicin. Dette selvhelbredende materiale vil dukke op i mange dagligdagsartikler, herunder polymerkomposit kredsløb, kunstige led, brostøtter og tennisketsjere.

I de næste 20 år, en ny industri kaldet nanoteknologi vil forårsage betydelige ændringer i vores liv. Nanoteknologi indebærer at skabe meget små maskiner eller robotter, der ikke er større end et par nanometer. Et nanometer er bare en milliarddel af en meter. Disse nanomaskiner vil være i stand til at manipulere atomer og fremstille materialer på atomniveau. Fordi de kan replikere sig selv, disse små maskiner vil gøre produktionen af ​​næsten ethvert produkt meget billig.

Et af nanoteknologiens produkter kan være nanomaskiner, der kan frigives til reparation af materialer ved at suge omgivende molekyler til reparation af en revne. Hvis der dannes en revne i et rumskibs sammensatte skal, nanorobotter kunne frigives for at samle molekyler omkring rumfartøjet for at reparere revnen.

Inden nanoteknologi kan tage fart, forskere skal lære at manipulere atomer. Den næste udfordring bliver at programmere disse nanomaskiner til at udføre specifikke opgaver. For mere information, læs hvordan nanoteknologi vil fungere.

Levende ledninger

Under lange rummissioner, opretholdelse af sundheden for indbyggede computere og elektroniksystemer vil være lige så vigtig som at vedligeholde den ydre skal. NASA arbejder på en ny type system, der vil give selvreparerende kapacitet til rumfartøjets interne ledninger. Denne nye hardware, der kan udvikles, vil kunne overvåge elektronikken og rette systemer, før funktionsfejl bliver et afgørende problem.

I første omgang, et selvreparerende flyvesystem ville blive brugt i fly, før det blev flyttet til rumfartøjer. Ved NASA Aviation Safety Program , baseret på Langley Research Center, forskere arbejder på denne form for selvhelbredende computersystem. I 1999, det amerikanske rumfartsagentur rapporterede, at det kunne have kommercielle systemer til rådighed inden 2004. Ideen her er at oprette et selvhelbredende computersystem, der bruger en klynge af laveffektprocessorer, der er løst koblet til rumfartøjssystemer via trådløse links.

Disse sundhedsstyring og kontrollere forstyrret ledelse systemer kunne registrere, diagnosticere og forhindre abnormiteter, før problemer bliver uoprettelige. Det edb -sundhedsstyringssystem vil overvåge vitale funktioner, hjælpe med at forhindre og reducere eventuelle funktionsfejl, forbedre en flyvebesætnings evne til at reagere på problemer og reducere en pilots arbejdsbyrde under en nødsituation. Kontrolforstyrrelse vil omfatte avancerede detektions- og forudsigelsesalgoritmer, visningsformater, pilotvisning og vejledning og kontrolmetoder til at forhindre ulykker, når der opstår fejl. Begge disse systemer kunne fungere til fly og rumfartøjer.

I fremtiden, rumfartøjer kan muligvis tage os til kanten af ​​vores solsystem og videre. Hvis det skal være muligt, vi får brug for rumfartøjer med indbyggede beskyttelsesforanstaltninger. Disse smarte rumfartøjer bliver nødt til at kunne fornemme og reagere på potentielle problemer, som deres menneskelige passagerer kan se.

Masser mere information

Relaterede HowStuffWorks -links

• Sådan fungerer rumelevatorer
• Sådan fungerer rumfartøjer til antimateriale
• Sådan fungerer luftåndende raketter
• Hvordan let fremdrift vil fungere
• Pluto forklaret
• Uranus forklaret
• Venus forklaret
• Vores fantastiske solsystem

Andre store links

• Polymer Science:En materialefix
• Efterligner biologiske systemer, Kompositmateriale helbreder sig selv
• Arkitekturer og algoritmer til selvhelbredende autonome rumfartøjer