Chang'e 4'ün yumuşak inişi bu "sert" adamdan ayrılamaz
Xiaoke ve Xiaogu iyi arkadaşlar.Bir gün ikisi Chang'e-4 hakkında sohbet etti.
Xiaoke: Xiaogu, 2019 iyi bir başlangıç. Son zamanlarda ülkemizde büyük bir olay oldu, biliyor musunuz?
Xiaogu: Elbette var! 3 Ocak 2019 günü saat 10: 26'da, Chang'e-4 sondası otonom olarak ayın arkasına indi ve bir insan sondasının ayın arkasına ilk yumuşak inişini sağladı. Bu, insan uzay uçuşu tarihinde bir başarı ve herkesin bildiği büyük bir olay!
Şekil 1 Chang'e-4 tarafından elde edilen ayın arkasının ilk görüntüsü (Çin'in ay keşfinden bir resim)
Xiaoke: Ayrıca, Katı Hal Fiziği Enstitüsü, Hefei Malzeme Bilimi Enstitüsü, Çin Bilimler Akademisi'nin (bundan böyle Katı Hal Enstitüsü olarak anılacaktır) Chang'e 4'ün çıkarma görevine katıldığını ve büyük bir rol oynadığını duydum!
Xiaogu: Haha, dikkat çekmeyin.
Xiaoke: Gelin ve ayrıntılı olarak anlatın! Uzun bir deneyim yaşayayım!
Xiaogu: Pekala! Bu sonda inişiyle başlayalım!
Hepimizin bildiği gibi, ayın arkası, göktaşlarının dünyaya doğrudan etkisini engelleyen bir "kalkan" gibidir. Bu nedenle, ayın arkasında önden çok daha fazla krater var ve ay vadilerle, kanyonlarla, uçurumlarla kaplı ve çok az düz alan var.Bu, Chang'e-4 sondasının ayın arkasına yumuşak inişi için büyük bir zorluk teşkil ediyor. Layman'ın terimleriyle, Chang'e-3, Kuzey Çin Ovası'na inişe eşdeğerdir ve Chang'e-4, Yunguichuan'ın yüksek dağlarına inişe eşdeğerdir.
Şekil 2 Ayın arkası ve önü
Aydaki ince hava nedeniyle Chang'e-4 sondası özel iniş cihazları gerektiren paraşütle ay yüzeyine inemez.
Xiaoke: Vay canına! Ay geri keşfi için Katı Hal Enstitünüz tarafından bağımsız olarak geliştirilen yumuşak iniş için anahtar bir ürün mü - "yüksek verimli enerji emici alaşım çubuk"?
Xiaogu: Çok şey biliyorsun! Evet, buna "tampon kolu" da diyoruz. Chang'e-4 probunun yardımcı iniş ayaklarında 16 adet tampon çubuk bulunmaktadır.
Şekil 3 Tampon çubuğunun montaj konumu
Prob yere düştüğünde, dört ana ayak, karşılık gelen harici yüklere maruz kalacak ve tampon çubuk, bu darbe kuvvetini, kendi plastik deformasyonu yoluyla çubuğun plastik deformasyon çalışmasına dönüştürerek, kendisini feda ederek prob üzerinde taşınan hassas aletleri koruyacaktır. ekipman.
İndirme, enerji soğurma, darbe kuvvetini azaltma ve dedektörün güvenli inişini sağlama gibi inişte oynadığı önemli rol göz önüne alındığında, tampon çubuk, "Chang'e-4" iniş sisteminin "anahtar ve önemli bir bileşeni" olarak belirlenmiştir.
Şekil 4 Chang'e 4'e ayın inişinin simülasyon diyagramı (Xinhuanet'ten bir resim)
Xiaoke: Nasıl çalışıyor? Gel söyle bana!
Xiaogu: Chang'e-4 sondası yere indiğinde, dört ana iniş ayağının farklı iniş süreleri ve dengesiz darbe kuvveti dağılımının neden olduğu büyük risklerle karşı karşıyadır.Aşırı koşullar altında, bağlantı çubuklarından bazıları daha yoğun darbe ve gerilim taşıyacaktır. Bu nedenle, bağlantı çubuğunun enerji emilimi uygulamak için verimli, güvenilir ve kararlı olması gerekir.
Aynı zamanda, iniş mekanizmasının toplam ağırlığı kesinlikle kısıtlandığı için, rot kolu, sınırlı kütle, hacim, boyut ve plastik deformasyon koşulları altında mümkün olan en yüksek enerjiyi absorbe etmelidir.Rot kolu malzemesi, son derece yüksek plastik deformasyon kapasitesine ve orta derecede dirence sahip olmalıdır. Çekme mukavemeti ve kararlı mekanik tepki davranışı.
Şekil 5 Lander modeli ve tampon kolu
Basitçe söylemek gerekirse, mekanik test makinesinde sıradan metal çubuklar çekildiğinde kırılır ve geliştirdiğimiz tampon çubuklar hamuru gibi eşit şekilde uzatılabilir ve maksimum gerilme uzunluğu kendi uzunluğunun% 80 ila% 110'una ulaşabilir. Diğer bir deyişle, 1 metre uzunluğundaki bir bağlantı çubuğu en fazla 2,1 metre uzunluğunda aşağı çekilebilir.
Şekil 6 Bağlantı çubuğu malzemesinin çekme testi
Şekil 7 Gerdirmeden sonra bağlantı çubuğu malzemesi ile paslanmaz çelik test çubuğunun uzamasının karşılaştırılması
Xiaoke: Vay canına, Luffy'nin "Tek Parça" daki kolu gibi, buna "çelik hamuru" denebilir mi?
Peki, tampon kolunun teknik zorlukları nelerdir?
Şekil 8 Korsan Luffy'nin uzun kolu
Xiaogu: Bağlantı çubuğu malzemesinin en büyük zorluğu ne çok güçlü ne de zayıf olabilmesidir.
En önemli teknik göstergelerden ikisine sahip olduğu için - "mukavemet" ve "plastiklik" karşılıklı olarak sınırlandırılmıştır ve bağlantı çubuğunun enerji soğurma kabiliyeti üzerinde birlikte hareket eder. Ana iniş ayağı yere indiğinde bir darbe yüküne maruz kalır Bu sırada bağlantı çubuğunun plastik deformasyonu, darbe enerjisini dışarıdan dengelemek için enerjiyi emer, böylece dedektör üzerinde taşınan hassas aletleri korur.
Kuvvet ve yer değiştirme eğrilerinin içerdiği alan, bağlantı çubuğu malzemesinin enerji emme kapasitesini temsil eder. Enerji soğurma miktarı, bir yandan eğrinin yüksekliğine (yani çekme gerilmesi) ve diğer yandan eğrinin uzunluğuna (yani deformasyon miktarına) bağlıdır. Eğri çok yüksek veya çok alçak olamaz.Çok yüksek veya çok alçak onu koruyamayacaktır; aynı zamanda eğrinin yeterince uzun olmasını ve alanının yeterli enerji emilimini sağlayacak kadar geniş olmasını sağlamak gerekir ki bu da plastisitesini gerektirir. Deforme olabilirlik özellikle iyi olmalıdır. Bu, tampon kolunun en büyük zorluğudur.
Şekil 9 Bağlantı çubuğu malzemesi ile paslanmaz çelik arasındaki enerji emiliminin karşılaştırması
Xiaoke: Peki, araştırmacılarımız bu zorlukların üstesinden nasıl geliyor ve havacılık malzemelerinin gereksinimlerini nasıl karşılıyor?
Xiaogu: Bu tür malzemeyi iyi plastisite, orta mukavemet ve hafiflik ile geliştirmek için, Katı Hal Enstitüsü'nün bilimsel araştırma personeli, 6 yıllık bir araştırmanın ardından bağlantı çubuğu ürünleri için bir dizi önemli termal işleme teknolojisini aştı ve eksiksiz bir proses sistemi ve kalite yönetimi kurdu. Yöntem, bağlantı çubuğu ürünlerinin hizmet performansının güvenilirliğini, kararlılığını ve tutarlılığını etkili bir şekilde garanti eder.
Bağlantı çubuğu malzeme organizasyonu ve performans kontrolü, bağlantı çubuğu yapısı tasarımı ve çeşitli işlem teknolojilerinde bir dizi yenilikçi sonuç elde edilmiştir.Son olarak, çeşitli performans göstergelerine ve alan çevresel uyumluluğuna sahip malzemeler ve ürünler teknik gereksinimlerden daha iyidir. .
Şekil 10 Araştırmacı Han Fusheng ve ekip üyeleri birlikte deneyler yapıyor
Tampon bağlantı çubuğu malzemesinin performans özellikleri şu şekilde özetlenmiştir: yüksek plastisite (% 80-110'a kadar uzama oranı) ve orta mukavemet (600 ~ 850MPa); iyi enerji emilimi (30kJ / kg'a kadar); düşük gerinim oranı ve Sıcaklık hassasiyeti.
Geleneksel malzemelerle karşılaştırıldığında, tamponlama çubuğunun malzemesi, "güç" ve "plastikliğin" doğru kombinasyonudur.
Örneğin, geleneksel mühendislik malzemeleri arasında paslanmaz çeliğin mukavemeti ve plastisitesi iyidir, ancak enerji emilimi zayıftır; günlük yaşamda yaygın olarak kullanılan, sünekliği iyi olan bakır ve alüminyum çok düşük mukavemete sahiptir. "Sınırlı plastik uzama koşulu altında yeterli darbe enerjisinin soğurulmasını" karşılayabilen bir malzeme bulmak zordur.
Bağlantı çubuğu malzemesinin güçlü plastik ürünü tam olarak doğru.
Şekil 11 Bağlantı çubuğu malzemeleri ile diğer geleneksel metal malzemeler arasındaki performans karşılaştırması
Öte yandan, bağlantı çubuğu malzemesi sıcaklık değişimlerine duyarlı değildir ve mekan ortamına güçlü bir şekilde uyarlanabilir. Ay yüzeyinde atmosfer olmadığı ve ay malzemesinin ısı kapasitesi ve ısıl iletkenliği son derece düşük olduğu için, ayın arkasındaki sıcaklık -183 ° C'ye kadar düşebiliyor. Genel metal malzemeler için, sıcaklık sünek kırılgan geçiş sıcaklığından daha düşük olduğunda, malzeme sünek kırılmadan gevrek kırılmaya değişir ve kırılma sırasında neredeyse hiç plastik deformasyon meydana gelmez.
Bağlantı çubuğu malzemesinin belirgin bir sünek-kırılgan geçiş sıcaklığı yoktur ve yine de son derece düşük sıcaklıklarda mükemmel mekanik özelliklere sahiptir - Chang'e-4'ün ayın arkasına inmesini mümkün kılan iyi plastiklik ve orta mukavemet.
Şekil 12 Sıcaklığın bağlantı çubuğu malzemelerinin mekanik özellikleri üzerindeki etkisi
Xiaoke: Herkesin zorluk çekmesi gerektiğini düşünmüyorum. Araştırmacılarımız için kolay değil!
Chang'e-4 görevi sona erdi Katı Hal Enstitümüzün araştırmacıları için bundan sonraki adımlar nelerdir?
Xiaogu: Şu anda Katı Hal Enstitüsü, "yeni bir dedektör tipi" iniş mekanizmasının tampon elemanını geliştirme görevini üstleniyor ve uygun geliştirme aşamasına girdi. İniş mekanizmasının iki çekirdek enerji emici elemanı arasında, bağlantı çubuğu malzemesi tek yastıklama malzemesidir. Bu iki enerji emici elemanın farklı hizmet özelliklerine ve teknik gereksinimlerine yanıt olarak, Solid State bağlantı çubuğu malzemelerinin yapısını ve performansını kontrol etmek için cesur girişimlerde bulundu ve malzemelerin kapsamlı mekanik özelliklerinde ve birim kütle başına enerji emiliminde yeni atılımlar yaptı. İniş mekanizmasının ağırlık azaltması önemli destek sağladı.
Xiaoke: Yardım edemem ama Katı Hal Enstitüsü araştırmacılarına 100 beğeni veriyorum!
Teşekkürler Xiaogu ve gelecekteki bilimsel araştırmalarımızın derin uzay araştırmaları alanında daha önemli ve uzun vadeli bir rol oynayacağını umuyoruz!
