Come Funzionerà Il Veicolo Spaziale Con Auto-Guarigione

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Gli scienziati stanno ora sviluppando un nuovo tipo di materiale composito che consentirà al veicolo spaziale di ripararsi da solo. Scopri di più su questa fantastica tecnologia del futuro.

Quando ti tagli, è incredibile osservare quanto velocemente il tuo corpo agisce per riparare la ferita. Immediatamente, il tuo corpo lavora per tirare insieme la pelle attorno al taglio. Se hai una cicatrice, puoi vedere le prove del potere di autoguarigione dei nostri corpi. Gli scienziati stanno ora sviluppando un nuovo tipo di materiale composito che darà le stesse qualità di auto-guarigione alle astronavi.

Se gli umani pianificano di viaggiare lontano nello spazio e nei pianeti interstellari, saranno necessari nuovi materiali avanzati per la costruzione di veicoli spaziali. Uno dei punti deboli degli attuali materiali compositi è che tendono a formare piccole fessure, che causano gravi danni nel tempo. Nel febbraio del 2001, i ricercatori dell'Università dell'Illinois di Urbana Champaign hanno annunciato di aver sviluppato un nuovo materiale sintetico che si autodifinerebbe se rotto o rotto.

Questo nuovo materiale intelligente e altre tecnologie simili potrebbero essere il primo passo nella costruzione di un veicolo spaziale in grado di percorrere milioni di chilometri dalla Terra, dove le riparazioni non saranno facili da fare. In questa edizione di How Stuff WILL Work, imparerai a conoscere questo nuovo sistema composito ed elettronico autoriparante che analizza e si risolve da solo prima che i problemi diventino troppo grandi.

Spaceship, Heal Thyself

In questo grafico puoi vedere come la fessura rompe le microcapsule riempite con un agente di guarigione, che contatta il catalizzatore per legare la crepa chiusa.

In questo grafico puoi vedere come la fessura rompe le microcapsule riempite con un agente di guarigione, che contatta il catalizzatore per legare la crepa chiusa.

Il danneggiamento dello scafo di una nave spaziale inizia spesso con minuscole fessure superficiali, che sono invisibili agli occhi. Queste crepe micro-sottili possono anche formarsi sotto la superficie del materiale, dove sono nascosti alla vista. Una volta che queste crepe si formano, cresceranno fino a quando il materiale si indebolisce e si rompe. Per evitare che queste minuscole crepe si diffondano, è stato sviluppato un nuovo materiale che percepirà il danno e si ripara all'istante. Questa capacità di auto-guarigione potrebbe prolungare significativamente la vita del veicolo spaziale.

Ci sono tre parti per questo nuovo materiale di auto-guarigione:

  • Materiale composito - La maggior parte del materiale è un composito epossidico polimerico. I materiali compositi polimerici sono materiali avanzati realizzati in carbonio, vetro o kevlar e una resina, come epossidica, vinilestere o uretano.
  • Agente di guarigione microincapsulato - Questa è la colla che fissa le microfessure formate nel materiale composito. Questo agente di guarigione è un liquido chiamato diciclopentadieneo DCPD. Questo fluido è incapsulato minuscole bolle che si diffondono in tutto il materiale composito. Ci sono circa 100 a 200 capsule per pollice cubico. Foto per gentile concessione dell'Università dell'Illinois Immagine del microscopio elettronico a scansione di una microcapsula fratturata.
  • Catalizzatore - Al fine di polimerizzare, l'agente di guarigione deve entrare in contatto con un catalizzatore. Un catalizzatore brevettato, chiamato Il catalizzatore di Grubbs, è usato per questo materiale autorigenerante. È importante che il catalizzatore e l'agente di guarigione rimangano separati fino a quando non sono necessari per sigillare una fessura.

Quando una microcraccia si forma nel materiale composito, si diffonderà attraverso il materiale. Facendo così, questa crepa rompe le microcapsule e rilascia l'agente di guarigione. Questo agente di guarigione scorrerà attraverso la fessura e inevitabilmente entrerà in contatto con il catalizzatore di Grubbs, che avvia il processo di polimerizzazione. Questo processo alla fine legherà il crack chiuso. Nei test, il materiale composito auto-guarito ha recuperato fino al 75% della sua forza originale.

Il mercato di questo tipo di materiale autorigenerante va ben oltre il veicolo spaziale. Circa 20 milioni di tonnellate di materiale composito vengono utilizzate ogni anno per ingegneria, progetti di difesa, esplorazione petrolifera offshore, elettronica e biomedicina. Questo materiale autorigenerante si presenterà in molti articoli di uso quotidiano, compresi i circuiti compositi polimerici, i giunti artificiali, i supporti per ponti e le racchette da tennis.

Nanotecnologia e spazio

Nei prossimi 20 anni, una nuova industria chiamata nanotecnologia causerà cambiamenti significativi nelle nostre vite. La nanotecnologia comporta la creazione di macchine o robot molto piccoli non più grandi di pochi nanometri. Un nanometro è solo un miliardesimo di metro. Queste nanomacchine saranno in grado di manipolare gli atomi e fabbricare materiali a livello atomico. Perché possono auto-replicarsi, queste macchine minuscole renderanno la produzione di quasi tutti i prodotti molto economici.

Uno dei prodotti della nanotecnologia potrebbe essere la nanomacchina che può essere rilasciata per riparare i materiali aspirando le molecole circostanti per riparare una fessura. Se si formasse una fessura nel guscio composito di un veicolo spaziale, i nanorobot potrebbero essere rilasciati per raccogliere molecole attorno alla sonda per riparare la fessura.

Prima che le nanotecnologie possano decollare, gli scienziati devono imparare a manipolare gli atomi. La prossima sfida sarà programmare queste nanomacchine per svolgere compiti specifici. Per maggiori informazioni, leggi Come funzionerà la nanotecnologia.

Fili viventi

Durante lunghe missioni nello spazio, mantenere la salute dei computer di bordo e dei sistemi elettronici sarà importante tanto quanto mantenere il guscio esterno. La NASA sta lavorando a un nuovo tipo di sistema che fornirà capacità di autoriparazione al cablaggio interno del veicolo spaziale.Questo nuovo hardware evolutivo sarà in grado di monitorare l'elettronica e correggere i sistemi prima che i malfunzionamenti diventino un problema cruciale.

Inizialmente, un sistema di volo autoriparante sarebbe stato utilizzato negli aeroplani prima di essere spostato su un veicolo spaziale. Al Programma di sicurezza aerea della NASA, con sede presso il Centro ricerche di Langley, i ricercatori stanno lavorando a questo tipo di sistema informatico autoriparante. Nel 1999, l'agenzia spaziale degli Stati Uniti ha riferito che avrebbe potuto avere sistemi commerciali disponibili entro il 2004. L'idea qui è quella di creare un sistema di auto-riparazione che utilizza un cluster di processori a bassa potenza che sono liberamente accoppiati ai sistemi di veicoli spaziali tramite collegamenti wireless.

Questi gestione della salute e controllare la gestione del ribaltamento i sistemi potrebbero rilevare, diagnosticare e prevenire anomalie prima che i problemi diventino non correggibili. Il sistema computerizzato di gestione della salute monitorerà le funzioni vitali, aiuterà a prevenire e ridurre eventuali malfunzionamenti, migliorerà la capacità dell'equipaggio di condotta di rispondere ai problemi e ridurrà il carico di lavoro del pilota durante un'emergenza. La gestione del upset di controllo includerebbe algoritmi avanzati di rilevamento e previsione, formati di visualizzazione, guida pilota e metodi di guida e controllo per prevenire incidenti in caso di guasti. Entrambi questi sistemi potrebbero funzionare per aeromobili e veicoli spaziali.

In futuro, le astronavi potrebbero portarci ai margini del nostro sistema solare e oltre. Se ciò è possibile, avremo bisogno di veicoli spaziali con protezioni incorporate. Queste astronavi intelligenti dovranno essere in grado di percepire e reagire a potenziali problemi che potrebbero non essere visti dai passeggeri umani.

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