موظفو مركز Keldysh وتطوراتهم في MAKS-2021
أحد المجالات الواعدة في مجال علم المواد هو إنشاء ما يسمى ب. مواد الشفاء الذاتي. هذه مركبات خاصة قادرة على إصلاح المناطق التالفة بشكل مستقل مع الحفاظ على الخصائص الميكانيكية الأساسية. يتم تطوير مركبات الشفاء الذاتي في الخارج وفي بلدنا. يتم إنشاء المشاريع المحلية الرئيسية في هذا الاتجاه في مركز الدولة العلمي "Keldysh Center" من هيكل "Roskosmos".
اتجاه واعد
يعمل مركز Keldysh ، جنبًا إلى جنب مع المؤسسة الروسية للأبحاث الأساسية وعدد من المنظمات العلمية الأخرى ، على موضوع مواد الشفاء الذاتي خلال السنوات القليلة الماضية. تم بالفعل العثور على الأفكار والمفاهيم الرئيسية ، بالإضافة إلى دراسات لمركبات ومركبات محددة تستند إليها. تم الإبلاغ عن النجاحات التي تحققت مرارًا وتكرارًا في المجلات التي راجعها النظراء. بالإضافة إلى ذلك ، يتم عرض عينات من المواد الجديدة في المعارض.
تم عرض الإصدار الحالي من المركب الواعد في معارض MAKS-2021 و Army-2021 السابقة. لقد اجتاز بالفعل الاختبارات المعملية ، والتي أكد خلالها القدرة المحسوبة على التعافي من الثقوب والجروح. في النماذج الأولية ، تم "شد" الضرر الذي يصل حجمه إلى عدة ملليمترات بسرعة وكفاءة.
وفقًا لمنظمة التطوير ، سيتم الانتهاء من العمل البحثي في مشروع واعد في ديسمبر من هذا العام. لم يتم الكشف عن المزيد من الخطط. ربما سيبدأ مركز Keldysh ومؤسسات أخرى في دراسة قضايا إدخال مركب جديد في الممارسة.
مركب الشفاء الذاتي الذي يتم عرضه حاليًا عبارة عن مادة ناعمة متعددة الطبقات مناسبة لتصنيع المنتجات المختلفة. بادئ ذي بدء ، نحن نتحدث عن عناصر قابلة للنفخ لأغراض مختلفة. يمكن أن تكون هذه مقصورات صالحة للسكن بها جو هواء ، وخزانات للسوائل ، وما إلى ذلك.
مواد جديدة
يعتمد المركب الواعد على مادة البوروسيلوكسان ومركباته. المركبات المستخدمة في المركب لها خصائص سائل غير نيوتوني ، بسبب توفير الوظائف الضرورية - القدرة على تحمل الأحمال الثابتة والتعافي من التلف.
خصائص البوروسيلوكسان: أ) - الارتداد بسبب المرونة تحت تأثير الحمل ؛ ب ، ج) - السيولة تحت تأثير الجاذبية ؛ د ، هـ) - تمدد المادة
استنادًا إلى البوروسيلوكسان ، من الممكن إنشاء مركبات مختلفة لها بنية مماثلة بشكل عام. تم اقتراح نظام ثلاثي الطبقات. يمكن تصنيع الخارج والداخل من مواد مختلفة تعطي الخصائص الميكانيكية اللازمة. على وجه الخصوص ، يمكن أن يكون بوروسيلوكسان متصالب - مادة تستخدم أليافًا من نوع أو آخر. تم اختبار الألياف الزجاجية المشبعة بالسيليكون والسيليكون أيضًا.
بين الطبقات الخارجية توضع طبقة مصفوفة سميكة نسبيًا من البوروسيلوكسان اللزج في صورة نقية أو مليئة بالألياف. هو الذي يستخدم جميع خصائص السائل غير النيوتوني وهو المسؤول عن ما يسمى. نقل الكتلة إلى منطقة الضرر ، مما يؤدي إلى "شفاء" الحفرة. اعتمادًا على تكوين المركب ، قد يكون للطبقات الأخرى خصائص مماثلة. في الوقت نفسه ، كل الطبقات لها وظائفها الخاصة ، سواء الميكانيكية أو في عملية شد الضرر.
مبدأ تشغيل مركب الشفاء الذاتي بسيط للغاية. منتج قابل للنفخ أو أي منتج آخر مصنوع من هذه المواد ، وهو مصمم للعمل في جو داخلي بضغط معين. هذا الأخير يخلق توترًا ، حيث تتميز الطبقة الداخلية للمركب بخصائص مادة مرنة. يتم الحفاظ على هذا السلوك أيضًا تحت تأثير الصدمات أو أي حمولة أخرى.
في حالة تلف طبقة أو أكثر ، يتم تقليل التوتر ، ونتيجة لذلك يبدأ البوروسيلوكسان في إظهار خصائص السائل اللزج. يميل إلى التدفق في الحفرة ، ونتيجة لذلك ، يغلقها حرفيًا. نتيجة لذلك ، يتوقف نزيف الغلاف الجوي من المنتج ، ويعود ظهور الأحمال ، مما يجعل المركب مرنًا ومقاومًا للصدمات.
يعتمد معدل استرداد الضرر على بنية المركب ، على تكوين مصفوفة البوروسيلوكسان ، على طبيعة الثقب ، إلخ. تتم استعادة الخدوش الطفيفة والتلف في بضع ثوان. تتطلب فترات الراحة الكبيرة ما يصل إلى عدة دقائق. يتم تحديد الحجم الأقصى الممكن للضرر "الملتئم" بسماكة الطبقة الداخلية ، وبالتالي مقدار الكتلة المتاحة للنقل. ومع ذلك ، بينما نتحدث فقط عن المليمترات.
للفضاء وما بعده
مركز Keldysh هو المشروع الرئيسي لشركة Roskosmos في عدد من المجالات. على وجه الخصوص ، فهي مسؤولة عن تطوير اتجاه "المواد الوظيفية لتكنولوجيا الفضاء". يشير هذا إلى أن مواد الشفاء الذاتي الجديدة يتم إنشاؤها أساسًا لصناعة الصواريخ والفضاء.
مخطط العمل (يسار) والمقطع العرضي للمركب (يمين)
المركبات المقترحة لها العديد من الميزات الهامة. بالإضافة إلى كونها قابلة للاسترداد ، فهي خفيفة الوزن ومرنة. كل هذا يجعل من الممكن استخدامها كمواد هيكلية لبعض المنتجات والأشياء ، مما يوفر مستوى معينًا من الحماية. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن استخدامها مع مواد أخرى كحماية إضافية ضد التلف الميكانيكي.
على سبيل المثال ، يمكن استخدام مركب ذاتي الشفاء لحماية مركبة فضائية من الحطام أو النيازك الدقيقة. ستمتص مثل هذه المواد تأثيرات الأجسام الصغيرة وتخفف من طاقتها ، وتمنعها من إتلاف المكونات الرئيسية للسفينة. بالإضافة إلى ذلك ، سيكون المركب قادرًا على سد الثقوب ، مما يؤدي إلى إطالة عمر النظام بأكمله.
أيضًا ، يمكن أن تجد المركبات الجديدة تطبيقات في الجيل القادم من بدلات الفضاء. في الوقت نفسه ، من الممكن إنشاء بدلات فضاء للعمل في المدار وللبرنامج القمري. في كلتا الحالتين ، ستكون خصائص المواد الجديدة مفيدة وستعمل على تحسين أداء البدلات.
في المستقبل البعيد ، يمكن استخدام مواد الشفاء الذاتي في بناء الهياكل طويلة المدى ، مثل المحطات على القمر. ستكون القبة المركبة ذات الأبعاد المطلوبة أخف من أي هياكل أخرى ، مما يسهل توصيلها وتركيبها. بالإضافة إلى ذلك ، بمساعدة البوروسيلوكسان ، سيتم حل مشكلة الإصلاحات والتسريبات الطفيفة بسبب "هجمات" النيازك الدقيقة.
وبطبيعة الحال ، يمكن استخدام المركبات القابلة للاسترداد ليس فقط في الفضاء ، ولكن أيضًا على الأرض. يمكنك إنشاء حاويات منها لأغراض مختلفة ، ويمكن استخدامها في بناء المعدات أو الهياكل ، إلخ. بشكل عام ، كل هذا يتوقف على الحاجة والملاءمة لاستخدام مثل هذه المواد في مشاريع محددة.
الخبرة والممارسة
ومع ذلك ، فإن المشروع الواعد لمركز Keldysh والمنظمات ذات الصلة لا يزال حتى الآن في مرحلة العمل البحثي. سيتم الانتهاء منها في نهاية العام ، وبعد ذلك ستكون النتائج الرئيسية والآفاق الحقيقية للاتجاه واضحة. بعد ذلك سيكون من الممكن دراسة قضايا إدخال مواد جديدة في مشاريع حقيقية.
من الناحية النظرية ، يمكن استخدام مواد الشفاء الذاتي في مجموعة متنوعة من المجالات ويكون لها مستقبل عظيم. ومع ذلك ، حتى الآن ، كان تنفيذها مستحيلًا بسبب عدم وجود تركيبات ووصفات متطورة و "ناضجة تقنيًا". يقترب حل هذه المشكلة من النهاية المرجوة - وقريبًا ستكون التكنولوجيا الجديدة في أيدي مصممي تكنولوجيا الصواريخ والفضاء.