在真空中,让一块磁铁或者电磁铁自由落体,磁铁或者电磁铁会飞向某一边吗?不会,只会旋转指向南北极。
太空中同理。
磁铁相互吸引/排斥是基于磁场势能,磁场势能和引力势能、弹性势能、电势能、核势能一样,是基于物质在统一系统中被赋予的相对位置产生,如果要作用于该系统之外,就需要工质。
好比你在船上拉弹簧,弹簧再紧船也不会动,用弹簧把重物弹射出去,船才会向相反的方向运动。
简单理解,把一块磁铁扔到无重力、有磁场的太空中,它会怎么运动?其实不会。
那么电磁铁呢?同样不会。
另一个简单解释:很多卫星、飞船上都有电磁设备,产生磁场。
它们因此轨道变化了吗?没有。
目前的电磁驱动至少需要借助离子、等离子为工质。
从纯理论上来讲,有高温热源,就会产生蒸汽,就可以用蒸汽来做功(动力)。
但是,航天器(航空飞船)在太空进行航行时,某一外侧面的温度有可能达到千度以上,这与航天器、太阳、地球的相对位置有关。
高温的那个侧面,一定是面对着太阳的,低温面,一定是背对太阳,如果整个航天器的外表面温度都不高,那它一定是被地球挡住了。
所以,航天器高温面,是变化的,与太阳、地球的相对位置密切相关。
这样,用一个不确定的高温面去产生蒸汽,显然不合适,因为总不能将所以的外表面都用来产生蒸汽吧,这个结构比天文数据还复杂。
哪些专业是当前热门专业
当前热门专业领域包含了人工智能、数控技术、大数据、航空航天、电子信息、飞控与制导、电磁屏蔽、超导材料与芯片智能等多个方向。
这些专业是支撑国家重大工程和科技发展的关键。
人工智能领域探索机器学习、深度学习等技术,推动智能化、自动化在各行各业的应用。
数控技术专注自动化设备的控制与优化,助力制造业升级转型。
大数据专业则致力于数据的收集、处理、分析与应用,为决策提供科学依据。
航空航天专业培养人才探索天空与宇宙,推动航天器设计、飞行器制造等技术发展。
电子信息领域涵盖通信、电子器件、信息处理技术,是现代科技的基础。
飞控与制导专业研究飞行器的控制与导航技术,保障飞行安全与效率。
电磁与屏蔽技术研究电磁场控制与防护,确保电子设备正常运行。
超导材料与芯片智能专业则探索超导材料与集成电路的智能化应用,推动信息技术的创新。
这些热门专业不仅面向国家重大需求,也是科技发展的前沿阵地。
人工智能、大数据等数字技术的兴起,为经济社会发展注入了强大动力。
航空航天、电子信息等领域的突破,推动了科技与国防的现代化进程。
数控技术、飞控与制导等专业则助力制造业向智能化、高端化迈进。
电磁屏蔽与超导材料技术的发展,为电子设备与基础设施提供了可靠的保障。
芯片智能研究的深入,促进了信息技术的创新与应用。
总之,当前热门专业涵盖了科技发展的多个关键领域,不仅满足了国家重大需求,也为经济社会的持续发展提供了坚实支撑。
这些专业的热门趋势,反映了科技与经济社会的紧密联系,预示着未来科技发展的广阔前景。
功能型复合材料在深空探测任务中的应用研究进展
近年来,我国航天事业发展迅速,北斗导航系统、神舟系列飞船、天宫实验室陆续成功服役,推动了对近地球太空环境的更深层次认识。
恶劣的太空环境对设备的可靠性提出了苛刻的要求,而设备的可靠性很大程度上依赖于材料的长期服役性能。
在此期间,国内科研工在高性能碳纤维复合材料、高性能金属材料、耐空间环境涂层等领域取得了长足的进步,有力地保障了我国航天器对各种近地太空环境的需求。
然而,随着国家“深空探测”战略的实施,面对更为复杂、严酷的太空环境,不同的探测任务会面临完全不同的空间环境条件。
因此,针对特定深空探测任务,分析任务所面临的空间环境条件,提高航天器可靠性,对于材料研发具有重要意义。
深空探测将面临更为复杂、严酷的太空环境,不同探测任务会面临完全不同的空间环境。
因此,需要研究材料在极端高温或低温、高强度宇宙射线辐射、复杂电磁环境等恶劣环境下的结构和性能演变,评估材料的使用寿命。
碳纤维复合材料因其“轻质高强”的特性,在航天器中大量使用。
然而,在深空探测中,高低温交变环境会导致碳纤维复合材料结构件尺寸发生变化甚至分层,而宇宙射线、太阳电磁辐射、高能粒子、等离子体、原子氧等会侵蚀、老化复合材料树脂基体,影响复合材料整体结构的性能和服役寿命。
为了满足深空探测器在极端温度、宇宙射线、电磁辐射等空间环境的使用要求,具有特定功能的复合材料成为航天材料研究领域的一大热点。
本文将对特定空间环境条件下功能型复合材性能需求以及研究进展进行分析和归纳总结。
高低温环境是深空探测器面临的共性问题。
深空环境下的温度变化超过300℃,探测器需要满足深空环境温度的同时,可能还需要满足瞬时的温度环境。
耐高温复合材料研究进展主要分为耐短期高温材料和长期服役耐高温材料。
例如,“祝融号”火星探测器在高速下降阶段,保护探测器的隔热罩温度最高可以达到1500℃,而到达火星表面时,由于火星表面温度相对温和,对碳纤维复合材料没有耐高温的要求。
复合材料中纤维承受高温能力较强,其耐高温性能主要受制于树脂基体,常用的耐高温树脂包括氰酸酯树脂、双马来酰亚胺树脂、聚酰亚胺树脂和邻苯二甲腈树脂等。
耐低温复合材料研究进展主要针对极端低温环境,例如木星、火星的地表温度最低可达-140℃,复合材料作为深空探测器结构使用时,必须考虑其低温环境下的长期服役性能。
在极端低温环境中,高分子处于玻璃态,分子链段运动受限,导致碳纤维复合材料产生微裂纹并持续扩展而失效。
为了提高复合材料的极端低温耐受性,一般需要对树脂基体进行改性,例如设计具有柔性链段的热固性树脂体系,增加其在极端低温环境下分子链的转动能力,或者通过掺杂纳米材料,利用其尺寸小可以改变裂纹扩展方向的作用,提高复合材料的极端低温耐受性。
宇宙射线及电磁屏蔽防护复合材料研究进展主要针对高强度宇宙射线辐射以及复杂电磁环境。
在银河系内部,存在高能量的宇宙射线,这些射线对航天器材料构成严重威胁。
为了提高防护效果,采用低原子序数材料作为屏蔽元素,例如氢元素具有最高的荷质比,是质子辐射的最佳屏蔽元素。
此外,一些聚合物由于其较高的氢含量也作为辐射屏蔽材料,例如超高分子量聚乙烯纤维具有优异的辐射屏蔽性能和力学性能。
对于中子防护,目前所使用的中子屏蔽材料主要是由各种中子吸收剂填料与混凝土、金属、高分子复合材料等组成,而低密度的高分子及其复合材料在深空探测领域更具有优势。
原子氧防护材料研究进展主要针对低地球轨道大气中原子氧的强烈氧化性能。
原子氧的碰撞动能为5.3 eV,对材料造成严重的侵蚀,影响航天器的性能并最终造成航天器的使用寿命下降。
为了降低原子氧侵蚀对航天器高聚物的影响,一般会在高聚物表面涂覆不与原子氧反应的保护涂层,或者通过改变材料表面的元素组成,采用表面硅烷化等措施。
深空紫外防护材料研究进展主要针对空间环境中的紫外线辐射。
紫外线波长为1~400 nm,吸收紫外线能量后,会导致树脂基体分子链断裂,纤维与树脂界面强度下降,表面形成微裂纹。
为了提高聚合物的抗紫外性能,一般通过掺杂具有紫外屏蔽功能的纳米材料提高聚合物的抗紫外性能。
电磁屏蔽复合材料研究进展主要应用于关键电子设备,以降低空间环境以及探测器内电子设备电磁辐射的干扰。
近年来,随着纳米材料的发展,以碳纳米、石墨烯为主的新型电磁屏蔽材料得到快速的发展。
智能复合材料在深空探测环境中的应用,包括高导热石墨烯-碳纤维混杂增强热致形状记忆复合材料、形状记忆聚合物复合材料等,通过智能材料感知外部刺激,能够判断并适当处理,执行特定功能。
综上所述,未来深空探测高性能复合材料的发展方向需要针对特定空间环境特性,开发具有耐特定空间环境特性的功能型复合材料。
针对任务需要,有针对性地总结并归纳共性问题,开发适合特定服役环境的新型复合材料,形成系列化产品库,满足特定深空探测任务的材料性能需求,是未来深空探测高性能复合材料的发展方向。