Wie Funktioniert Das Selbstheilende Raumschiff?

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Wissenschaftler entwickeln jetzt eine neue art von verbundwerkstoff, mit dem sich raumfahrzeuge selbst reparieren können. Erfahren sie mehr über diese erstaunliche zukunftstechnologie.

Wenn Sie sich schneiden, ist es erstaunlich, wie schnell Ihr Körper die Wunde heilt. Sofort zieht der Körper die Haut um den Schnitt herum zusammen. Wenn Sie eine Narbe haben, können Sie den Beweis für die Selbstheilungskraft unseres Körpers sehen. Wissenschaftler entwickeln jetzt eine neue Art von Verbundmaterial, das den Raumfahrzeugen die gleichen Selbstheilungsqualitäten verleiht.

Wenn Menschen vorhaben, weit in den Weltraum und zu interstellaren Planeten zu reisen, werden neue fortschrittliche Materialien für den Bau von Raumfahrzeugen benötigt. Eine Schwäche heutiger Verbundwerkstoffe besteht darin, dass sie dazu neigen, winzige Haarrisse zu bilden, die im Laufe der Zeit erhebliche Schäden verursachen. Im Februar 2001 gaben Forscher der University of Illinois in Urbana Champaign bekannt, dass sie ein neues synthetisches Material entwickelt haben, das sich selbst heilt, wenn es gesprungen oder gebrochen ist.

Dieses neue intelligente Material und andere Technologien wie dieses könnten der erste Schritt sein, um ein Raumfahrzeug zu bauen, das Millionen von Meilen von der Erde entfernt sein kann und Reparaturen nicht leicht zu machen sind. In dieser Ausgabe von How Stuff WILL Work erfahren Sie mehr über dieses neue selbstheilende Verbund- und Elektroniksystem, das sich selbst analysiert und repariert, bevor Probleme zu groß werden.

Raumschiff, heile dich

In dieser Grafik sehen Sie, wie der Riss die Mikrokapseln bricht, die mit einem Heilmittel gefüllt sind, das den Katalysator berührt, um den Riss geschlossen zu binden.

In dieser Grafik sehen Sie, wie der Riss die Mikrokapseln bricht, die mit einem Heilmittel gefüllt sind, das den Katalysator berührt, um den Riss geschlossen zu binden.

Schäden an der Hülle eines Raumschiffes beginnen oft als winzige Oberflächenrisse, die für das Auge nicht sichtbar sind. Diese mikrodünnen Risse können sich auch unter der Oberfläche des Materials bilden, wo sie nicht sichtbar sind. Sobald sich diese Risse bilden, wachsen sie, bis das Material schwächer wird und bricht. Um zu verhindern, dass sich diese kleinen Risse ausbreiten, wurde ein neues Material entwickelt, das Schäden erkennt und sich sofort bessert. Diese Selbstheilungsfähigkeit könnte die Lebensdauer des Raumfahrzeugs erheblich verlängern.

Dieses neue selbstheilende Material besteht aus drei Teilen:

  • Verbundwerkstoff - Der Hauptteil des Materials besteht aus einem Epoxidpolymer-Verbundwerkstoff. Polymerverbundstoffe sind fortgeschrittene Materialien, die aus Kohlenstoff, Glas oder Kevlar und einem Harz wie Epoxidharz, Vinylester oder Urethan hergestellt werden.
  • Mikroverkapseltes Heilmittel - Dies ist der Klebstoff, der die im Verbundmaterial gebildeten Mikrorisse fixiert. Dieses Heilmittel wird als Flüssigkeit bezeichnet Dicyclopentadienoder DCPD. In dieser Flüssigkeit befinden sich winzige Bläschen, die sich im Verbundmaterial ausbreiten. Es gibt ungefähr 100 bis 200 Kapseln pro Kubikzoll. Foto mit freundlicher Genehmigung der University of Illinois Rasterelektronenmikroskopbild einer gebrochenen Mikrokapsel.
  • Katalysator - Um zu polymerisieren, muss das Heilmittel mit einem Katalysator in Kontakt kommen. Ein patentierter Katalysator, genannt Grubbs 'Katalysatorwird für dieses selbstheilende Material verwendet. Es ist wichtig, dass der Katalysator und das Heilmittel getrennt bleiben, bis sie zum Versiegeln eines Risses benötigt werden.

Wenn sich ein Mikroriss im Verbundmaterial bildet, verteilt es sich durch das Material. Auf diese Weise zerreißt dieser Riß die Mikrokapseln und setzt den Heilstoff frei. Dieses Heilmittel fließt durch den Spalt und kommt unweigerlich mit dem Grubbs-Katalysator in Kontakt, der den Polymerisationsprozess initiiert. Dieser Vorgang bindet den Riss schließlich geschlossen. In Tests erlangte das selbstheilende Verbundmaterial bis zu 75 Prozent seiner ursprünglichen Festigkeit zurück.

Der Markt für diese Art von Selbstheilungsmaterial geht weit über die Raumsonde hinaus. Jährlich werden rund 20 Millionen Tonnen Verbundwerkstoff für Engineering, Verteidigungsprojekte, Offshore-Erdölexploration, Elektronik und Biomedizin verwendet. Dieses selbstheilende Material wird in vielen Alltagsgegenständen zum Einsatz kommen, darunter Leiterplatten aus Kunststoff, künstliche Gelenke, Brückenhalterungen und Tennisschläger.

Nanotechnologie und Weltraum

In den nächsten 20 Jahren wird eine neue Branche namens Nanotechnologie erhebliche Veränderungen in unserem Leben bewirken. Nanotechnologie beinhaltet die Herstellung sehr kleiner Maschinen oder Roboter, die nicht größer als einige Nanometer sind. Ein Nanometer ist nur ein Milliardstel Meter. Diese Nanomaschinen können Atome manipulieren und Materialien auf atomarer Ebene herstellen. Weil sie sich selbst replizieren können, machen diese winzigen Maschinen die Produktion von fast jedem Produkt sehr günstig.

Ein Produkt der Nanotechnologie könnten Nanomaschinen sein, die zur Reparatur von Materialien freigesetzt werden können, indem sie umliegende Moleküle angesaugt werden, um einen Riss zu reparieren. Wenn sich in der Verbundschale eines Raumfahrzeugs ein Riss bildet, können Nanoroboter freigesetzt werden, um Moleküle um das Raumfahrzeug zu sammeln, um den Riss zu reparieren.

Bevor die Nanotechnologie abheben kann, müssen Wissenschaftler lernen, Atome zu manipulieren. Die nächste Herausforderung wird darin bestehen, diese Nanomaschinen für spezifische Aufgaben zu programmieren. Weitere Informationen finden Sie unter Funktionsweise der Nanotechnologie.

Lebende Drähte

Bei langen Weltraummissionen ist die Aufrechterhaltung der Gesundheit von Bordcomputern und elektronischen Systemen ebenso wichtig wie die Aufrechterhaltung der Außenhülle. Die NASA arbeitet an einer neuen Art von System, das der internen Verdrahtung des Raumfahrzeugs die Fähigkeit zur Selbstreparatur gibt.Diese neue, durchführbare Hardware kann die Elektronik überwachen und Systeme korrigieren, bevor Fehlfunktionen zu einem entscheidenden Problem werden.

Zunächst würde ein selbstreparierendes Flugsystem in Flugzeugen verwendet, bevor es zu einem Raumfahrzeug gebracht wurde. Bei der NASA-FlugsicherheitsprogrammAm Langley Research Center arbeiten Forscher an diesem selbstheilenden Computersystem. 1999 gab die US-amerikanische Raumfahrtbehörde an, dass sie bis 2004 über kommerzielle Systeme verfügen könnte. Die Idee besteht darin, ein selbstheilendes Computersystem zu schaffen, das einen Cluster von Prozessoren mit niedrigem Stromverbrauch verwendet, die lose über Funkverbindungen mit Raumfahrzeugsystemen gekoppelt sind.

Diese Gesundheitsmanagement und Kontrollieren Sie die Verwaltung von Störungen Systeme könnten Anomalien erkennen, diagnostizieren und verhindern, bevor Probleme unkorrigierbar werden. Das computergestützte Gesundheitsmanagementsystem überwacht wichtige Funktionen, hilft, Fehlfunktionen zu vermeiden und zu reduzieren, die Fähigkeit der Flugbesatzung zu verbessern, auf Probleme zu reagieren, und die Arbeitsbelastung eines Piloten während eines Notfalls zu reduzieren. Die Verwaltung von Kontrollstörungen umfasst erweiterte Erkennungs- und Vorhersagealgorithmen, Anzeigeformate, Pilot-Cueing-, Führungs- und Kontrollmethoden, um Unfälle bei Ausfällen zu vermeiden. Beide Systeme könnten für Flugzeuge und Raumfahrzeuge funktionieren.

In Zukunft könnten uns Raumfahrzeuge an den Rand unseres Sonnensystems und darüber hinaus führen. Wenn das möglich sein soll, brauchen wir ein Raumfahrzeug mit eingebauten Sicherheitsvorkehrungen. Diese intelligenten Raumfahrzeuge müssen in der Lage sein, potenzielle Probleme zu erkennen und darauf zu reagieren, die ihre menschlichen Passagiere nicht sehen könnten.

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