Zašto je aluminijum radni konj za svemirske letove
Svemirske letjelice moraju preživjeti nasilne lansirne vibracije, ekstremne temperaturne promjene i radijaciju, a da pritom težinu drže na minimumu jer svaki kilogram strukture košta pogonsko gorivo. Aluminijske legure isporučuju kombinaciju visoke specifične krutosti, dobre termičke stabilnosti, mogućnosti zaštite od zračenja{1}}i decenijama letačkog naslijeđa s kojim se malo materijala može mjeriti. Ovisno o misiji, 50 do 90 posto satelitske suhe mase može biti od legure aluminija, koja se koristi u primarnoj strukturi, rezervoarima za gorivo, panelima, nosačima i instrumentima. Materijal se pouzdano ponaša u temperaturnom rasponu u orbiti i na površini Mjeseca.
Aluminij u lansirnim vozilima i strukturama svemirskih letjelica
Stepeni, adapteri i oklopi rakete koriste legure aluminijuma kao što su 2219, 7075 i 6061 u limovima, pločama, otkovcima i ekstruziji. Aluminijske{4}}litijumske legure su sada uobičajene u velikim lansirnim vozilima jer su lakše i čvršće od konvencionalnih legura. Strukture svemirskih letjelica izgrađene kao aluminijski sendvič paneli u obliku saća pružaju visoku krutost pri vrlo maloj težini, a aluminijski rezervoari za pogonsko gorivo koriste se i za kriogena i za skladištena goriva. Iste legure se pojavljuju u šasiji rovera i stajnom trapu, gdje su mala težina i čvrstina pod udarnim opterećenjem kritične.
Zaštita od zračenja aluminijumom
U svemiru, elektronika i posade moraju biti zaštićeni od događaja solarnih čestica i galaktičkih kosmičkih zraka. Aluminijski trupovi apsorbiraju značajan dio ovog zračenja, a metal se često kombinuje sa materijalima bogatim vodonikom-, kao što je polietilen, kako bi se poboljšala efikasnost zaštite. Više-slojni izolacioni pokrivači sa aluminiziranim polimernim filmovima odbijaju sunčevu toplinu i pružaju sekundarnu zaštitu. Moduli orbitalnih stanica i lunarne lender strukture koriste aluminijske zidove kao primarnu barijeru od zračenja, a buduća staništa na površini će slijediti isti pristup, uz moguće dodavanje lokalnih materijala poput regolita kao dodatne zaštitne mase.
Prerada lunarnog regolita u aluminijum
Lunarni regolit sadrži otprilike 10 do 18 posto aluminijevog oksida po težini, što ga čini potencijalnim izvorom metala za buduće misije. Koncepti ekstrakcije koriste elektrolizu otopljene soli ili FFC Cambridge proces za smanjenje oksida u metal aluminijuma pomoću solarne energije. Aluminij bi se tada mogao koristiti za konstrukcije, a testiraju se tehnike 3D štampanja za izgradnju elemenata staništa direktno od obrađenog regolita. Proizvodnja aluminijuma na Mesecu bi dramatično smanjila masu koja se mora lansirati sa Zemlje, što je ključ za održive lunarne operacije.
Aluminijum u svemirskim odijelima i površinskim sistemima
Aluminij se također pojavljuje u sistemima koji održavaju astronaute živima i pokretnima. Reflektirajući aluminizirani slojevi u gornjoj odjeći skafandera odbijaju sunčevo zračenje, a aluminijsko saće se koristi u strukturama pozadinske ploče za život{1}}za čvrstoću pri maloj težini. Ležajevi zglobova i premazi vizira kacige koriste aluminij u tankim filmovima i preciznim dijelovima. Na površini, okviri solarnih nizova, strukture antena i komponente rovera napravljeni su od aluminijumskih ekstruzija i lima, a budući koncepti Marsovog staništa oslanjaju se na aluminijumske okvire i kupole sa prozirnim panelima ili panelima na naduvavanje za životni prostor pod pritiskom.
Put do kolonizacije Marsa
Dugotrajne-misije će ovisiti o-iskorišćavanju resursa na licu mjesta za smanjenje opskrbe sa Zemlje. Aluminijum proizveden od marsovskog ili lunarnog regolita mogao bi se koristiti za strukture, staklenike koji štite biljke od radijacije, pa čak i sisteme za oksidaciju goriva{3}}za povratna vozila. Lagani aluminijski okviri čine solarne farme praktičnim za postavljanje, a folije s{5}}aluminijskom podlogom su kandidati za podloge za staništa na naduvavanje. Stoga se očekuje da će iste legure koje su služile vazduhoplovstvu tokom jednog veka ostati temelj širenja čovečanstva izvan Zemlje.
FAQ
P: Zašto je aluminijum poželjniji od čelika za svemirske letelice?
O: Aluminij nudi mnogo veći omjer čvrstoće-prema-težini, tako da strukture mogu biti lakše dok još uvijek preživljavaju opterećenja prilikom lansiranja. Njegove termičke i proizvodne karakteristike su takođe pogodne za vazduhoplovnu proizvodnju.
P: Može li se lunarni regolit zaista pretvoriti u aluminijum?
O: Da, u principu. Regolith sadrži aluminijum oksid, a procesi kao što je elektroliza rastaljene soli mogu ga reducirati u metal aluminijum koristeći električnu energiju proizvedenu iz solarne energije, a pilot rad je u toku na simulantnim materijalima.
P: Kako aluminijum štiti od svemirskog zračenja?
O: Aluminij apsorbira i raspršuje čestice zračenja, smanjujući dozu iza sebe. Najefikasniji je kada se kombinuje sa materijalima bogatim-vodikom, a njegove performanse su dobro okarakterisane decenijama rada svemirskih letelica.
P: Koje se legure aluminija koriste u svemirskim letjelicama?
O: Uobičajene legure uključuju 2219 i 2195 za rezervoare i primarnu strukturu, 7075 za spojeve visoke{3}}vrste i 6061 za opštu strukturu i konzole, odabrane za čvrstoću, zavarljivost i otpornost na koroziju.
P: Da li je aluminijum i dalje relevantan za buduće svemirske programe?
O: Apsolutno. Nova lansirna vozila, lunarni lenderi, orbitalne stanice i koncepti staništa i dalje određuju legure aluminijuma, a aluminijum-aluminijum se smatra jednim od najperspektivnijih in- resursa.