Перспективные материалы в космонавтике

Основными конструкционными материалами для изготовления ракетно-космической техники являются металлы. Начинают все больше использоваться алюминиевые сплавы, легированные скандием и литием. Результатом замены на новые сплавы является снижение массы изделий на 10-30%.

Создание перспективных изделий ракетно-технической техники может обеспечить новый класс конструкционных материалов – интерметаллиды. Это химические соединения титан-алюминий, никель-алюминий и т.д. Они имеют низкую плотность – 3,7-6 г/см3 и высокую жаропрочность – до 1200 °С. Также обладают высокой коррозионной стойкостью, износостойкостью и жаростойкостью. Сплав не окисляется при нагреве до 900 °С благодаря легированным элементам, таким как гафний и ниобий.

По структуре интерметаллиды являются промежуточным звеном между металлами и керамикой. Они обладают уникальными физикомеханическими свойствами (высокая жаропрочность и жаростойкость, коррозионная стойкость) благодаря своей кристаллической структуре, в межатомных связях которой присутствует до 30% ковалентной составляющей. Также интерметаллиды имеют низкую плотность. Рабочая температура интерметаллидных сплавов на основе титана достигает 850 °С, на основе никеля – 1500 °С.

Совокупность свойств интерметаллидов может оказать значительное влияние на многие области техники: на создание перспективной космической техники, летательных аппаратов с гиперзвуковыми скоростями. С помощью интерметаллидов возможно повысить удельную тягу двигателей на 25-30% и снизить массу конструкций до 40%.

Помимо металлов в изготовления ракетно-космической техники возможно использование и других материалов. Например, «интеллектуальных». Такие материалы имеют способность «ощущать» свое физическое состояние и внешние воздействия. Они способны самостоятельно диагностироваться по возникновению дефектов, устранять и стабилизировать свое состояние в критических зонах.

«Интеллектуальные» материалы можно применять в таких элементах конструкций космической техники, как корпусы, отсеки, узлы трения и т.д.

С помощью таких материалов, возможно контролировать и прогнозировать состояние конструкций в труднодоступных местах. В ближайшее время 90% материалов, применяемых в настоящее время, будут заменены на новые, в частности и на «интеллектуальные».

Также в дальнейшем развитие получат материалы на основе углерода – углерод-карбидные композиционные материалы. Они могут использоваться в элементах двигательных установок, защитных экранов, теплозащиты. Такие материалы позволят снизить массу конструкций на 30-50%.

Уплотнительные и герметизирующие материалы также требуют усовершенствования из-за изменяющихся потребностей космонавтики XXI века в связи с ожесточающимися требованиями по сокращению числа технологических процессов при производстве изделий, расширению температурного интервала, работоспособности космических средств. Ставятся задачи по созданию новых классов резин и герметиков, в том числе токопроводных, термо-, морозо-, агрессивостойких резин и герметиков, поглощающих СВЧ-энергию. Токопроводные резины и герметики с повышенными в 2 раза техническими характеристиками обеспечат снятие статического электричества с космических аппаратов и позволят увеличить срок активного существования с 5 до 10-15 лет.

Хочется отметить, что развитие изложенных выше технологий будет определять развитие космонавтики XXI века.