Материалтану
жүктеу/скачать 5,17 Mb.
|
КІРІСПЕҚазіргі қоғамның дамуы ғарыш техникасының кең көлемде қолданылмауынсыз жүзеге аспайды. Радиобайланыс және теледидар, навигация және картография, пайдалы қазбаларды барлау, метеорология, биосфераның жай – күйін бақылау-бұл ғарыш техникасы қолданатын және оның көмегімен алынған ақпарат пайдаланылатын облыстардың толық тізбесі емес. Соңғы жылдары әр түрлі ғарыш жүйелеріне және жеке қол жетімділікке көбірек мүмкіндіктер ашылуда. Ұялы спутниктік телефондар, жеке спутниктік теледидарлық жүйелер және спутниктік навигация жүйелері біздің өмірімізде берік орнықты.. Ғарыштық технологиялар іргелі ғылыми зерттеулерде үлкен рөл атқарады. Ғарыш аппараттарында (ҒА) орнатылған аспаптармен ғарыштық орта параметрлерін өлшеу, біздің Жерге жақын және планетааралық кеңістіктің қасиеттері туралы түсінігімізді түбегейлі өзгертетін ақпарат алуға мүмкіндік берді. Ғарыштағы астрономиялық обсерваториялар - толқындардың әр түрлі диапазонында жұмыс істейтін ғарыштық телескоптар әлемнің құрылымы мен эволюциясы туралы бірегей ақпарат береді. ХХІ ғасырдың бірінші жартысында әлемдік қауымдастық бірқатар ірі ғарыштық жобаларды, соның ішінде Марсқа ұшуды, Автоматты ҒА тобының Юпитерге ұшуын, оның кейбір спутниктеріне қонуын және Айға ұзақ өмір сүретін базалардың құрылысын жүзеге асыруды көздейді. Соңғысы іргелі зерттеулер жүргізуде ғана емес, сонымен бірге айдың минералды ресурстарын дамытуда да маңызды рөл атқаруы керек. Сондай-ақ, жер маңындағы орбиталарда ірі энергетикалық және өндірістік кешендер құру жоспарлануда. Ағымдағы ғарыштық бағдарламаларды орындаудың және перспективалық жобаларды іске асырудың сәттілігі айтарлықтай дәрежеде ҒА-ның сенімділігі мен қызмет ету мерзіміне байланысты болады. Қазіргі уақытта әзірленіп жатқан көптеген құрылғылар 15-20 жыл бойы үздіксіз жұмыс істеуі керек, ал ғарыштық техниканың кейбір перспективалы өнімдері үшін, мысалы, күн ғарыш станциялары сияқты, олардың рентабельділігін қамтамасыз ету үшін қызмет ету мерзімі 25-30 жыл болуы керек. ҒА ұзақ уақыт тоқтаусыз жұмыс істеуін қамтамасыз етуде, оларды жасау кезінде пайдаланылатын материалдар мен жабдық элементтерінің қоршаған ғарыштық ортаның әсеріне тұрақтылығы маңызды рөл атқарады. Қолда бар сараптамалық бағалауларға сәйкес ҒА жұмысындағы істен шығулар мен іркілістердің жартысынан астамы қоршаған ғарыш ортасының қолайсыз әсеріне негізделген. Ұшу кезінде ҒА физикалық табиғаты мен шығу тегі бойынша ғарыш кеңістігінің әртүрлі факторларының (ҒКФ) ауқымды кешені әсер етеді: жоғары энергияның электрондары мен иондарының ағындары, ғарыштық плазма, күн электрмагниттік сәулеленуі, метеорлық материя, жасанды шыққан қатты бөлшектер және т.б. осындай әсердің нәтижесінде ҒА борттық жабдығының материалдары мен элементтерінде олардың пайдалану параметрлерінің нашарлауына әкелетін әртүрлі физика - химиялық процестер жүреді. Ғарыштық ортаның әсерінен болатын процестердің сипатына байланысты материалдар мен жабдық элементтерінің қасиеттерінің өзгеруі әртүрлі уақыт шкаласына ие болуы мүмкін, қайтымды немесе қайтымсыз болуы мүмкін және борттық жүйелер үшін әртүрлі қауіп тудыруы мүмкін. Кейбір әсер етуші факторлар, мысалы, ғарыштық плазма және күн ультракүлгін сәулелері материалдардың беткі қабаттарына ғана әсер етеді. Басқалары, мысалы, жоғары энергиялы зарядталған бөлшектер, олар ҒА құрылымдық элементтерінде жасаған қайталама бөлшектер мен кванттармен бірге, материалдардың қалыңдығына, сондай - ақ ҒА-ның ішкі бөліктеріне терең ене алады. Бұл ретте ҒКФ әсері материалдар қасиеттерінің және борттық жүйелер сипаттамаларының біртіндеп нашарлауына, соның салдарынан – пайдаланудың біраз кезеңі өткеннен кейін ҒА жұмысының істен шығуына, сондай - ақ тікелей әсер ететін борттық аппаратураның жұмысында кенеттен істен шығудың туындауына әкелуі мүмкін. Бірінші жағдайды суреттейтін типтік мысал ретінде ғарыш радиациясының сіңірілген дозасының жинақталуы нәтижесінде ҒА күн батареялары тиімділігінің біртіндеп төмендеуін, ал екінші жағдайды суреттеу үшін – дара протондардың немесе жоғары энергиялы иондардың әсерінен интеграцияның жоғары дәрежесі бар микросхемалардағы іркілістерді көрсетуге болады. ҒА әсер ететін факторлардың алуан түрлілігі, ғарыштық корпускулалық және электромагниттік сәулеленудің күрделі энергетикалық спектрлері ҒКФ – ның әртүрлі комбинацияларда және әртүрлі уақыт тізбегінде әсер ету мүмкіндігі-мұның бәрі ғарыштық орта жағдайында ҒА материалдар қасиеттері мен борттық жабдықтарының сипаттамаларының өзгеруін зерттеу мен болжауды қиындатады. Ғарыш саласының практикалық сұраныстарымен ынталандырылған осы саладағы қарқынды жұмыстар жаңа ғылыми бағыттың – ғарыштық материалтанудың құрылуына алып келді, оның міндеттеріне ҒКФ әсерімен ҒА жабдықтарының материалдары мен элементтерінде өтетін процестерді эксперименттік және теориялық зерттеу, ҒКФ әсерінен туындайтын материалдар мен борттық жүйелер сипаттамаларының өзгерістерін зерттеу, жаңа материалдар жасау, ғарыш ортасының қолайсыз әсерінен ҒА қорғаудың әдістері мен техникалық құралдарын әзірлеу кіреді.. ҒКФ-ның материалдарға әсерін зерттелуінің басталуы 1950 жылдардың ортасында алғашқы жасанды Жер серіктерінің (ЖЖС) құрылу кезеңіне жатады. Бұл кезеңде инженерлер мен конструкторлар ғарыштық орта жағдайында ЖЖС борттық жүйелерінің жұмыс қабілеттілігін қамтамасыз етуге байланысты мәселелерді шешу кезінде, оның қасиеттері туралы өте шектеулі ақпаратты басшылыққа алуларына тура келді. Ғылыми борттық аппаратураның көмегімен алынған жаңа ақпарат аталған мәселелерді шешуде айтарлықтай ілгерілеуге мүмкіндік берді. Қарастырылған зерттеулер,әсіресе 1957-1958 жылдары ашылғаннан кейін өзекті болды. Кеңес және Американдық ғалымдар Жердің радиациялық белдеулерін (ЖЖС) материалдар мен жабдықтардың радиациялық тұрақтылығын, атап айтқанда термометрлік жабындар мен күн батареяларының фототүрлендіргіштерін едәуір арттыру қажеттілігі ҒА-да ҒКФ әсерінің әртүрлі көріністерін кең ауқымды зерттеудің басталуына күшті серпін болды. М.В. Ломоносов атындағы Мәскеу мемлекеттік университетінің ғалымдары ғарыштық материалтанудың қалыптасуы мен дамуында үлкен рөл атқарды. 1960-шы жылдардың басында ММУ Д.В.Скобельцын атындағы Ядролық физика ғылыми-зерттеу институтының (ММУ ҒЗИЯФ) үдеткіштерінің базасында ҒА материалдары мен жабдықтарына ғарыштық радиацияның әсерін жүйелі зерделеу жөніндегі жұмыстар өрістетілді, олар кейіннен басқа да көптеген ББФ әсерін зерттеулермен толықтырылды. Бұл зерттеулер академик С.Н. Верновтың (1910-1982) басшылығымен ұйымдастырылды, ол сол кезде ММУ ҒЗИЯФ директоры болған, ал олардың негізгі бағыттары мен міндеттерін С.Н. Вернов С.П., Королевпен (1907-1966) және отандық зымыран - ғарыш техникасының басқа да көрнекті конструкторларымен тікелей ынтымақтастықта анықтаған. Зерттеулер нәтижелері мен олардың негізінде әзірленетін практикалық ұсынымдар ғарыш саласының кәсіпорындарында жедел енгізілді. Кейінірек ғарыштық материалтанудың тағы бір үлкен бөлімі пайда болды, ол салмақсыздықтың әртүрлі агрегаттық күйлердегі материалдардағы физика-химиялық процестердің ағымына әсерін зерттеумен, салмақсыздық жағдайында материалдар алу технологияларын құрумен және ғарышта әртүрлі технологиялық операцияларды жүргізу мүмкіндіктерін зерттеумен байланысты болды. Мұндай зерттеулер 1970 жылдардың ортасында қарқынды дамыды. кеңестік "Салют" сериялы орбиталық станциялар мен американдық Skylab станциясы басқарылатын режимде ұзақ ұшуларды жүзеге асырған кезде, содан кейін "Мир" орбиталық ғарыш кешенінде және Халықаралық ғарыш станциясында (ХҒС) жалғастырылды. Бұл оқу құралында "ғарыштық технологиялар" терминін қолдану дұрысырақ болар еді, оның міндеттерінің ерекшелігіне байланысты әсер етпейтін зерттеулердің бағыты. ҒА материалдары мен жабдықтарының қоршаған ғарыштық ортаның әсеріне төзімділігін қамтамасыз етуде, қазіргі уақытта қол жеткізілген елеулі табыстарға қарамастан, осы саладағы зерттеулер өте өзекті болып қалуда, өйткені жоғарыда айтылғандай, ҒА жұмысындағы ауытқулардың өте маңызды бөлігі осындай әсердің салдары болып табылады. Сондай-ақ ҒА материалдары мен жабдықтарына ҒКФ әсер ету процестері туралы біздің білімдерімізді үздіксіз жаңарту және кеңейту қажеттілігін, сондай-ақ ҒКФ әсерінен қорғаудың пайдаланылатын әдістерін үнемі қайта қарау және жаңа әдістерін құру қажеттілігін туындататын бірқатар объективті себептер бар. Соның ішінде ең маңыздыларының бірін, яғни осы себептерді көрсету керек: ҒА-да белсенді жұмыс істеу мерзімдерін және борттық жүйелердің сенімділігін арттыру талаптары; конструкцияда жаңа үрдістердің пайда болуы (герметизацияланбаған конструкцияларды, шағын ҒА, бірыңғай ғарыштық платформаларды құру және т.); ҒА құру кезінде наноматериалдарды қоса алғанда, жаңа материалдарды пайдалану; ҒА жаңа жабдықтармен жарақтандыру, аппаратуралық кешендерді күрделендіру, олардың құрамында жаңа элементтік базаны қолдану; зерттеу борттық аппаратурасының сезімталдығын арттыру; жаңа орбиталар мен ҒА шығару әдістерін игеру; кешенді спутниктік жүйелерді құру және олардың көмегімен жаңа мақсатты міндеттерді шешу. ҒА жобалау және пайдалану кезінде бұрын алынған көптеген нәтижелерді және белгіленген нормативтік талаптар мен стандарттарды қайта қарау қажеттілігі, сондай-ақ, атап айтқанда, ХҒС-та зерттеулер жүргізу кезінде және басқа да бірқатар халықаралық ғарыш жобаларында іске асырылатын қарқынды дамып келе жатқан халықаралық ынтымақтастықпен айқындалады. Жоғарыда талқыланған ғарыштық материалтану міндеттеріне сәйкес, бұл оқу құралы негізінен ҒКФ-ның ҒА-ға әсерін талдауға арналған. Сонымен бірге, 1970 жылдардың ортасына қарай зымыран-ғарыш техникасының жер маңындағы ортаға әсерінің әртүрлі көріністері айқын бола бастағанын атап өткен жөн. Осыған байланысты пайда болған жаңа зерттеу саласы, көбінесе жер маңындағы ғарыш экологиясы (ЖЖҒК) деп аталады, көбінесе ғарыштық материалтанумен байланысты. Ғарыш аппараттарының күйіне зымыран мен ғарыштық техниканың әсер етуінің ең қауіпті жаһандық көрінісі - пайдалы функцияларды орындай алмайтын жасанды шығу тегі денелерінің жер орбиталарында жинақталуы - ғарыш қоқыстары (ағылшын тіліндегі әдебиеттерде - space debris) жұмыс істемей қалған және орбитада тұрған ғарыш аппараттарының, зымыран тасығыштардың, монтаж элементтерінің, түсіп кететін қорғаныс қақпақтарының және т.б., сонымен қатар жойылған өнімдердің сынықтары мен ғарыш кемесін жою және пайдалану кезінде пайда болған ұсақ бөлшектер. Қазіргі кезде ғарыш қоқыстарының жалпы массасы шамамен 7000 тоннаға бағаланады. Сонымен қатар, ғарыш аппараттарын ұшыру және олардың жабдықтарын пайдалану кезінде қоршаған ортаға зымырандық отынның және басқа химиялық заттардың газ тәрізді жану өнімдері көп мөлшерде шығарылады, олардың құрамы көбіне оған тән емес. Мұндай шығарындылар Жерге жақын ғарыштық ортада жергілікті бұзылулар тудырады, бірақ олардың ауқымы айтарлықтай болуы мүмкін. Ғарыш кемесінің жақын маңында қоршаған ғарыштық ортаның көптеген түрлі толқулары байқалады: ғарыш аппараттарының төмен орбиталар аймағында ұшуын ілеспе газ-динамикалық әсерлері, ғарыш кемесінің электр өрісінің қоршаған плазма күйінің өзгеруі кезінде, оған заряд пайда болады, ғарыш кемесінің айналасында газ қабығы пайда болады, оны әдетте ғарыш кемесінің өзінің сыртқы атмосферасы (МІА) деп атайды және т.с.с., осылайша, жалпы жағдайда, ғарыш аппараттары - қоршаған ортаның өзара әрекеттесуі (spacecraft–environment interaction). Бұл термин аппаратта және оның маңында жүретін көптеген процестердің физикалық табиғатын дәлірек көрсетеді. Ұсынылып отырған оқу құралында ғарыш кеңістігінің әртүрлі салаларында ҒА жұмыс істеу жағдайлары туралы мәліметтер келтірілген, ғарыш ортасының әртүрлі құрамдастарының сипаттамалары жазылған, наноматериалдар мен олардың негізінде құрылатын құрылғыларды қоса алғанда, олардың ҒА жабдықтары мен материалдарына және элементтеріне әсер етуінің физикалық механизмдері талданған, ҒА ғарыш ортасының әсерін модельдеудің эксперименттік және есептік теориялық әдістері, сондай-ақ осындай әсер етуден туындаған теріс әсерлерден ҒА-ны қорғау әдістері қарастырылған, жерге жақын ғарыштық ортаға техногендік әсер туралы негізгі мәліметтер келтірілген, одан әрі зерттеудің маңызды міндеттері мен бағыттары тұжырымдалған. Оқу құралы жоғары оқу орындарының студенттеріне, магистранттарына жане докторантарына, сондай-ақ ғылым мен техниканың жаңа перспективалық бағыттары бойынша кадрларды қайта даярлау кезінде пайдалануға арналған. жүктеу/скачать 5,17 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|