تبلیغات
علوم دریایی

قالب وبلاگ


علوم دریایی
منم دریا دگر آن ساحلم کو درخت بی برم آن حاصلم کو  
نویسندگان
نظر سنجی
نظر و طرز نگاهتون راجع به شغل دریانوردی چیه ؟






صفحات جانبی




طرّاحی و ساخت سامانه های فضایی

طرّاحی و ساخت سامانه های فضایی، الزامات خاصی دارد که حتماً باید مورد توجّه قرار گیرد؛ الزاماتی چون تأثیر محیط بر سامانه در طول عمر آن، لرزش ها و شوک های هنگام پرتاب، نبود جاذبه، وجود ذرّات کیهانی، بادهای خورشیدی، گرادیان دمای بالا (به اختلاف دمای میان دو نقطه گرادیان دما گفته می شود.) و ... که همه ی این ها، تأثیر زیادی بر روی عملکرد ماهواره دارد. در این میان، سازه ی ماهواره، بیش تر از دیگر موارد اهمّیّت پیدا می کند. در این مقاله انتخاب ماده برای سازه ی ماهواره به اختصار مورد بررسی قرار می گیرد.

ویژگی های مواد انتخاب شده در ماهواره

هنگام انتخاب مواد برای سازه ی ماهواره باید به چندین نکته ی مهم توجّه کرد:

1-  محافظت از ماهواره: لایه ی خارجی ماهواره باید هنگام برخورد ذرّات ریز شناور در فضا، از آن محافظت نماید.

2- ضدّ تشعشع: ماهواره را از تشعشعات خورشید حفظ نماید.

3- پوشش گرمایی: برای نگه داشتن ماهواره در یک دمای مطلوب که ادوات ماهواره به خوبی عمل کنند.

4- انتقال بار الکتریکی: انتقال و دور کردن بارالکتریکی از ادوات و وسایل حیاتی ماهواره.

5- پشتیبانی سازه ای

6- مواد متّصل کننده.

 

1- لایه ی خارجی

محموله های ماهواره باید در برابر اشیای شناور در فضا مانند ذرّات ریز، زباله های فضایی و ذرّات باردار محافظت شوند. ماده ای هم که برای پوشاندن بخش خارجی ماهواره استفاده می شود، باید سبک و در عین حال محکم و مقاوم باشد و توسّط ذرّاتی که با سرعت زیاد در فضا حرکت می کنند، سوراخ نشود.

محموله ی برخی از ماهواره ها در ظرف کوچک ولی محکمی قرار می گیرند و تنها ادوات ماهواره زیر پوشش محافظ واقع می شوند.

برای ساخت آن ها می توان از فولاد سبک که معمولاً در بدنه ی دوچرخه ها و خودرو به کار می رود، استفاده نمود . فولاد از آلیاژهای آهن است که از 1/0 تا 5/1 درصد کربن دارد و معمولاً با فلزات دیگری مانند کروم (برای فولاد ضدِ زنگ) و منگنز و نیکل و... استفاده می شود، امّا باید در نظر داشت که فولاد خیلی سنگین است.

ماده قابل استفاده ی دیگر برای این قسمت، یک ماده ی کامپوزیتی با مغزی آلومینیوم است. آلومینیم بسیار با دوام و سبک است و در سازه های هوایی کابرد فراوان دارد.

2- ضدّ تشعشع

خورشید پرتوهای فراوانی منتشر می کند واتمسفر زمین، اجسام و موجودات روی زمین را در مقابل آن ها محافظت می نماید، ولی در فضا – که اتمسفر وجود ندارد – ماهواره ها با مشکل اساسی رو به رو هستند. ماهواره ها باید به مواد مقاوم در برابر این تشعشعات مجهّز گردند تا ابزار و وسایل حسّاس به تشعشع را بپوشانند. برای پوشاندن این ادوات باید از موادی استفاده کرد که قابلیّت جذب انرژی بالایی دارند و انرژی بسیار زیاد ذرّات رادیواکتیو را جذب کنند. تعدادی از فلزات سنگین مانند سرب، این پرتوها را جذب می کنند، ولی سرب خیلی سنگین و البته بادوام و بسیار ارزان است. (سرب در مواقعی استفاده می شود که بخواهیم پرتو ایکس ناشی از عکّاسی را جذب کنیم و بیماران و تکنسین ها را از اشعه ی ایکس حفاظت نماییم.)

3- پوشش گرمایی

تعدادی از ماهواره ها در معرض تفاوت دمای بسیار بالا هستند، زیرا همواره در مدارهایی قرار دارند که یک طرف بدنه ی آن ها به سوی خورشید و طرف دیگر آن ها به سوی فضای سرد است؛ لذا طرف سرد، چند صد درجه سدرتر از طرف رو به خورشید خواهد بود؛ از این رو با توجّه به نیاز ماهواره، باید آن را سردتر یا گرم تر نگه داشت. محافظت از طرف سرد و گرم ماهواره، هر کدام، پوشش گرمایی ویژه ی خود را نیاز دارد. پوشش گرمایی مانند عایق در خانه ها عمل می کند. هنگامی که هوای بیرون گرم است، عایق هوای داخل را خنک و هنگامی که هوای بیرون سرد است، عایق هوای داخل را گرم نگه می دارد.

مایلار یک نام تجاری براای پلاستیک فیلم پلی استر است که توسّط کمانی دوپونت کشف و تولید شده است.

این ماده گزینه ی خوبی برای پوشش گرمایی است. مایلار (Mylar) استفاده های متفاوتی از جمله مصرف عایق کاری، پشتیبان نوار مغناطیسی و بالون ها دارد و به عنوان فیلم پلی استر (Polyester Film Plastic) برای پوشاندن الیاف فلزی نیز استفاده می شود. این ماده نسبتاً گران است، ولی بادوام، حتّی رد برابر سیگنال های ارتباطی نیز عایق است و آن ها را از خود عبور نمی دهد.

4- انتقال بار الکتریکی

به خاطر وجود ذرّات باردار در فضا، طبیعی است که در ماهواره ها بارهای الکتریکی ایجاد شوند. بار الکتریکی می تواند برای تجهیزات ماهواره خطرناک باشد. معمولاً بارهای الکتریکی در ناحیه ای به وجود می آیند که یک ماده با قدرت رسانایی بالا به کار رفته و هوایی در فضای اطراف آن وجود ندارد تا راهی برای انتشار و حرکت به اطراف داشته باشند. فلزات به خاطر استحکامی که دارند، در بدنه ی ماهواره ها به کار می روند، ولی رساناهای الکتریکی خوبی هستند؛ مخصوصاً آلمینیوم و فولاد که کاربرد فراوانی در این زمینه دارند. در مقابل موادی مانند مایلار، پلاستیک و کولار ((Kevlar رسانی الکتریکی نیستند.

برای رهایی از بارهای الکتریکی تولید شده می توان از هدایت کننده ها استفاده کرد. هدایت کننده ها روی

سطوحی از ماهواره ها که بارهای الکتریکی در آن جا تولید می شود، قرار می گیرند. سپس سیم های هادی،

بارها را به خارج از سطح ماهواره منتقل می کنند.

5- محافظ سازه

بدیهی است سازه ی نگه دارنده ی ماهواره، از اهمّیّت خاصی برخوردار است. یک ماهواره باید مانند دوچرخه یا 

تخت  خواب چهار چوبی ((Frame داشته باشد. این چهار چوب باید خیلی سبک و در حدّ ممکن جمع و جور باشد و برای محافظت ماهواره به اندازه ی کافی محکم باشد. محافظ باید بتواند با فلسفه ی طراحی یک ماهواره ی خاص مطابقت داشته باشذ. این چهار چوب باید از موادی ساخته شود تا بتواند از ادوات ماهواره محافظت کند و برای حفظ آن از برخوردهای احتمالی، مفید باشد. در طرّاحی چهارچوب ها باید دقّت کرد که به طور ویژه، محکم باشند. اگر اشکال تخم مرغی، الگوی الگوی هقت ضلعلی و الگوی لانه زنبوری به کار رود، سازه بی عیب تر و کامل تر خواهد بود.

در این مورد معمولاً کولار استفاده می شود. کولار نام تجاری فیبری است که کمپانی دوپونت کشف و تولید کرده است. کولار با وجود وزن و چگالی پایین، از استحکام و سفتی بالایی برخوردار بوده و در برابر دماهای بالا، نارسانا و بادوام است. استحکام فیبرهای کولار در وزنی برابر، 5 برابر فولاد است و چگالی آن 43 درصد کم تر از فایبرگلاس است. کولار، میراکننده ی ارتعاشات است و می تواند برای اجزایی که تحت ارتعاشات خیلی بالا هستند، مفید باشد.

یکی از کاربردهای کولار، استفاده در داخل مخازن سوخت شاتل به عنوان تقویت کننده است. در سال 1991 در آزمایشی روی ماهواره ی 540 کیلویی ناسا، این ماهواره با استفاده از کابلی 19 کیلومتری از جنس کولار که نازک تر از یک خودکار بود، به شاتل فضاپیما متّصل شد.

6- موادّ اتّصال دهنده

هنگام طرّاحی باید دقّت ویژه ای به خرج داد تا بتوان اجزا را در کنار یکدیگر به خوبی نگه داشت. چسب ها، پلیمرها و هر ترکیب شیمیایی دیگر که روی زمین به خوبی عمل می کنند، در فضا خیلی زودتر فاسد می شوند؛ از این رو از پیچ، مهره، میخ پرچ و نظایر آن استفاده می شود و باید به ایمن بودن آن ها اطمینان داشت.

اتّصال قطعات باید با تعدادی از موادّ سازه ای انجام شود؛ زیرا مقدار موادی که به عنوان اتّصال دهنده به کار می روند، بسیار کم است؛ بنابراین موادّ اتّصال دهنده می توانند سنگین تر از موادی باشند که در جاهای دیگر ماهواره به کار می روند. چند نمونه از موادّ بادوام عبارت اند از: آلومینیم، فولاد، کولار، سرب، مس و تفلون. البتّه نرمی و چکش خواری این مواد، که توانایی آن ها در شکل و فرم گرفتن است، با یکدیگر تفاوت دارد. به عنوان مثال کابل های فولاد، معمولاً برای نگه داشتن ماهواره در داخل موشک ها، استفاده می شوند.

ویژگی های مواد

در بین همه ی مواد، گرافیت- اپوکسی ((Graphite-Epoxy و آلیاژ های آلومینیم، بیش از بقیه مورد توجّه هستند. البته در سال های اخیر، ورود مواد کامپوزیت به عرصه ی صنعت باعث تحوّلات عظیمی به ویژه در زمینه ی هوافضا شده است.

انتخاب مواد علاوه بر مشخّصه هایی که در بالا ذکر شد، به نیازمندی های مأموریت ماهواره نیز بستگی دارد. مهم ترین مشخّصه ها در انتخاب مواد عبادت اند از: استحکام و سفتی نسبی و مشخّصات گرمایی. بهترین مواد در دسترس که این ویژگی ها را تأمین می کنند، عبارت اند از:

کربن- اپوکسی: ضریب انبساط حرارتی پایین، استحکام بالاتر و قیمت پایین تر.

گرافیت- اپوکسی: دارای ضریب انبساط حرارتی پایین، سفتی بیشتر و در نتیجه تغییرات سازه ای کمتر و چگالی پایین.

آلومینیوم: ارزان با کاربرد آسان و دارای ضریب انبساط حرارتی بالاتر نسبت به کامپوزیت های کربنی.

آرامید (Aramid): که نوعی کولار (Dupont B84) است و بسیار محکم و قوی.

برن- اپوکسی: فوق العاه سخت (قابل مقایسه با الماس) و ماشین کاری مشکل.

کربن- کربن: فوق العاده محکم و قوی، دارای مقاومت خیلی بالا در برابر خوردگی، دست یابی مشکل و بسیار گران.

بهترین گزینه می تواند، گرافیت- اپوکسی باشد که استحکام مورد نظر را برآورده می سازد. گرچه ممکن است یک یا چند قید- مانند استحکام و قیمت- طرّاح را مجبور به استفاده از چند ماده بکند و نتواند از یک ماده به تنهایی استفاده نماید؛ ولی به طور ایده آل همان ماده ی گرافیت اپوکسی را برای بدنه ی داخلی و پوسته استفاده می کنند تا اثرات انبساط حرارتی به حدّاقل برسد.

برای اطمینان از مواد انتخابی و پایداری سازه، باید از ماهواره مدلی ساخت و آن را با استفاده از نرم افزارهای اجزا محدود تست کرد و پس از مقایسه ی نتایج با داده های تجربی، تصمیم نهایی را گرفت.





طبقه بندی: علوم دریایی،
[ پنجشنبه 1390/09/3 ] [ 09:08 ق.ظ ] [ محمد عامری فر ]
.: Weblog Themes By Iran Skin :.

درباره وبلاگ

باز دریا حس و حال عاشقانه
موج هایش میوه های نوبرانه

باز دریا عشق من ایمان من
این صدایش نغمه زیبای من

باز دریا هو هو و ها ها می كند
این نوایش دلها را جادو می كند

باز دریا می نویسد یارم بیا
ای كه درجانت منم ، دلدارم بیا

باز دریا افتان و خیزانش می یاد
گر كه خود جایی بماند این آب وكف هایش می یاد
آمار سایت
بازدیدهای امروز : نفر
بازدیدهای دیروز : نفر
كل بازدیدها : نفر
بازدید این ماه : نفر
بازدید ماه قبل : نفر
تعداد نویسندگان : عدد
كل مطالب : عدد
آخرین بروز رسانی :
تماس با ما

Online User
بک لینک طراحی سایت