Mis on moodul ja kõrge mooduliga süsinikkiu rakendamine kosmoses?

Süsinikkiud on laialdaselt kasutatud lennunduse valdkonnas. Komponentide osas on süsinikkiud üldine termin sellise kiu tüübi kohta, mille süsinikusisaldus on üle 95%, millel on väga kõrge erimoodul ja eritugevus. Nende hulgas viitab kõrge tugevusega süsinikkiud kiududele, millel on kõrge tugevus (tugevus üle 4,5GPA) ja mõõdukas moodul (moodul on tavaliselt 230GPa kuni 310GPa), samas kui kõrge mooduliga süsinikkiud on süsinikusisaldus üle 98% ja moodul vähemalt 370GPa, kuid tugevus kipub olema madal. Kui teil ei ole mooduli ja tugevuse kontseptsiooni, võite seda mõista nii: sama paksusega pulk, mille mõlemad küljed on horisontaalselt fikseeritud, kaaluga kaal ripub keskel, sel ajal paindub pulga keskel. Sama kaalukaalu puhul, mida suurem on pulga moodul, seda vähem pulk paindub. Kuidas mõista jõudu? See on ikka see pulk, kaal keskel lisatakse 50 kg ja pulk on katki. Seejärel on pulga tugevus 50 kg jagatud pulga ristlõike pindalaga.

Kas tugevamad materjalid on tugevamad?  

Konstruktsioonimaterjalide puhul ei ole see nii lihtne. Näiteks kui hoonet on pikka aega kasutatud ja mõned talad ja sambad on kahjustatud, on hoone jäikus kehv ja jäikus vastab moodulile. Kui struktuuri jäikus on halb, muutub sama välise vibratsiooni korral objekti resonantsagedus madalamaks, nii et välise vibratsiooniallikaga on lihtne resoneerida ja resonantsi vibratsioon on teatud määral kahjulik. Hoone jäikuse parandamiseks on suhteliselt lihtne meetod tugevdada, paksendada sambaid ja suurendada jäikust.

Sama kehtib kosmosesõidukite kohta.  

Selleks et raketid, raketid ja droonid jõuaksid sihtmärkideni täpselt ja stabiilselt, on vaja tagada õhusõiduki stabiilsus lennu ajal. See tähendab, et keha peab olema jäik. Kuidas seda lahendada? Üks meetoditest on struktuuri paksemaks muutmine ja kuulikeha materjal tuleks valida kõrge mooduli ja paksu materjaliga, nii et deformatsioonikindlus on tugev. Kuid kosmoselaevad peavad olema kerged, mis on vastuolus. Sel ajal on vaja valida kerged ja tugevad materjalid, näiteks süsinikkiudupulber. Praegu kasutavad paljud mudelid endiselt kõrge tugevusega süsinikkiuda, st kõrge tugevusega ja madala mooduliga süsinikkiuda. Kuna seda tüüpi süsinikkiud võivad vastata disaininõuetele. Mõnel juhul on aga kõrge tugevusega süsinikkiududel liigne tugevus ja ebapiisav moodul. Näiteks suurtel kuvasuhte tiibadel ja kosmosesõidukite tugikonstruktsioonidel on kõigil üks ühine asi. Konstruktsiooni õhukese suhe on väga kõrge ja lennu ajal on seda lihtne vibreerida. Kui vibratsiooni sagedus on lähedal struktuuri loomulikule sagedusele, tekib resonants, mis mõjutab ilmselgelt õhusõiduki stabiilsust. Resonantsi piiramiseks on vaja suurendada struktuuri madala järjekorra loomulikku sagedust, nii et lennu ajal resonantsi ei esineks. Loomuliku sageduse suurendamiseks on vaja suurendada struktuuri jäikust. Need rakendused seavad seega väga suured nõudmised konstruktsioonilisele jäikusele ning rangetele kaalu- ja mahupiirangutele. Sel ajal kutsuvad struktuuridisainerid ilmuma kõrge mooduliga süsinikkiud. Kasutades kõrge mooduliga süsinikkiudu, saab konstruktsiooni jäikust parandada, tagades samal ajal tugevuse piiratud struktuurikaalu all, muutes õhusõiduki stabiilsemaks. Seetõttu võime öelda, et just kõrge mooduliga süsinikkiud annavad kosmoseaparaadile selle "terasest luud".