Schade aan de romp van een ruimteschip begint vaak als kleine scheurtjes in het oppervlak, die voor het oog onzichtbaar zijn. Deze microdunne scheurtjes kunnen zich ook onder het oppervlak van het materiaal vormen, waar ze aan het zicht onttrokken zijn. Zodra deze scheuren ontstaan, ze zullen groeien totdat het materiaal verzwakt en breekt. Om te voorkomen dat deze kleine scheurtjes zich verspreiden, er is een nieuw materiaal ontwikkeld dat schade voelt en zichzelf onmiddellijk herstelt. Dit zelfgenezend vermogen zou de levensduur van het ruimtevaartuig aanzienlijk kunnen verlengen.

Dit nieuwe zelfherstellende materiaal bestaat uit drie delen:

• Samengesteld materiaal - Het grootste deel van het materiaal is een composiet van epoxypolymeer. Polymeercomposieten zijn geavanceerde materialen die zijn gemaakt van koolstof, glas of Kevlar en een hars, zoals epoxy, vinylester of urethaan.
• Geneesmiddel in microcapsules - Dit is de lijm die de microscheurtjes in het composietmateriaal fixeert. Dit helende middel is een vloeistof genaamd dicyclopentadieen , of DCPD. Deze vloeistof is ingekapselde kleine belletjes die door het composietmateriaal zijn verspreid. Er zijn ongeveer 100 tot 200 capsules per kubieke inch. Foto met dank aan Universiteit van Illinois Scanning elektronenmicroscoop beeld van een gescheurde microcapsule.
• Katalysator - Om te polymeriseren, het helende middel moet in contact komen met een katalysator. Een gepatenteerde katalysator, genaamd De katalysator van Grubbs , wordt gebruikt voor dit zelfherstellende materiaal. Het is belangrijk dat de katalysator en het genezingsmiddel gescheiden blijven totdat ze nodig zijn om een ​​scheur af te dichten.

Wanneer zich een microscheurtje vormt in het composietmateriaal, het zal zich door het materiaal verspreiden. Door het zo te doen, deze barst zal de microcapsules doen scheuren en het helende middel vrijgeven. Dit helende middel zal door de scheur naar beneden stromen en onvermijdelijk in contact komen met de katalysator van de Grubbs, die het polymerisatieproces initieert. Dit proces zal uiteindelijk de scheur sluiten. Bij testen, het zelfherstellende composietmateriaal herwon maar liefst 75 procent van zijn oorspronkelijke sterkte.

De markt voor dit soort zelfherstellend materiaal gaat veel verder dan ruimtevaartuigen. Jaarlijks wordt ongeveer 20 miljoen ton composietmateriaal gebruikt voor engineering, defensie projecten, offshore olie-exploratie, elektronica en biogeneeskunde. Dit zelfherstellende materiaal komt voor in veel alledaagse voorwerpen, inclusief printplaten van polymeercomposiet, kunstmatige gewrichten, brugsteunen en tennisrackets.

In de komende 20 jaar, een nieuwe industrie genaamd nanotechnologie zal aanzienlijke veranderingen in ons leven veroorzaken. Nanotechnologie omvat het maken van zeer kleine machines of robots die niet groter zijn dan enkele nanometers. Een nanometer is slechts een miljardste van een meter. Deze nanomachines zullen in staat zijn om atomen te manipuleren en materialen te fabriceren op atomair niveau. Omdat ze zichzelf kunnen repliceren, deze kleine machines zullen de productie van bijna elk product erg goedkoop maken.

Een van de producten van nanotechnologie kunnen nanomachines zijn die kunnen worden vrijgegeven om materialen te repareren door omringende moleculen op te zuigen om een ​​scheur te repareren. Als zich een scheur vormt in de composietschil van een ruimtevaartuig, nanorobots kunnen worden vrijgegeven om moleculen rond het ruimtevaartuig te verzamelen om de scheur te repareren.

Voordat nanotechnologie van de grond kan komen, wetenschappers moeten leren atomen te manipuleren. De volgende uitdaging zal zijn om deze nanomachines te programmeren om specifieke taken uit te voeren. Voor meer informatie, lees Hoe nanotechnologie zal werken.

Levende draden

Tijdens lange ruimtemissies, het in stand houden van de gezondheid van boordcomputers en elektronische systemen zal net zo belangrijk zijn als het onderhouden van de buitenschil. NASA werkt aan een nieuw type systeem dat zelfherstellende mogelijkheden zal geven aan de interne bedrading van het ruimtevaartuig. Deze nieuwe evolueerbare hardware zal in staat zijn om de elektronica te monitoren en systemen te corrigeren voordat storingen een cruciaal probleem worden.

aanvankelijk, een zelfherstellend vluchtsysteem zou in vliegtuigen worden gebruikt voordat het naar ruimtevaartuigen wordt verplaatst. Bij de NASA Aviation Safety-programma , gevestigd in het Langley Research Center, onderzoekers werken aan zo'n zelfherstellend computersysteem. In 1999, het ruimteagentschap van de Verenigde Staten meldde dat het tegen 2004 commerciële systemen beschikbaar zou kunnen hebben. Het idee hier is om een ​​zelfherstellend computersysteem te creëren dat gebruikmaakt van een cluster van energiezuinige processors die losjes zijn gekoppeld aan ruimtevaartuigsystemen via draadloze verbindingen.

Deze gezondheidszorg en controle overstuur management systemen kunnen detecteren, diagnosticeren en voorkomen van afwijkingen voordat problemen onherstelbaar worden. Het geautomatiseerde gezondheidsbeheersysteem zal vitale functies bewaken, helpen voorkomen en verminderen van eventuele storingen, het vermogen van een cockpitbemanning om op problemen te reageren verbeteren en de werklast van een piloot tijdens een noodsituatie verminderen. Beheer van verstoorde controle zou geavanceerde detectie- en voorspellingsalgoritmen omvatten, weergaveformaten, pilot cueing en begeleidings- en controlemethoden om ongelukken te voorkomen bij storingen. Beide systemen zouden kunnen werken voor vliegtuigen en ruimtevaartuigen.

In de toekomst, ruimtevaartuigen zouden ons mogelijk naar de rand van ons zonnestelsel en verder kunnen brengen. Als dat mogelijk moet zijn, we hebben ruimtevaartuigen nodig met ingebouwde beveiligingen. Deze slimme ruimtevaartuigen moeten potentiële problemen kunnen detecteren en erop kunnen reageren die hun menselijke passagiers misschien niet zien.

Veel meer informatie

Gerelateerde HowStuffWorks-links

• Hoe ruimteliften zullen werken
• Hoe antimaterie-ruimtevaartuigen zullen werken
• Hoe luchtademende raketten zullen werken
• Hoe lichte voortstuwing zal werken
• Pluto uitgelegd
• Uranus uitgelegd
• Venus uitgelegd
• Ons verbazingwekkende zonnestelsel

Andere geweldige links

• Polymeerwetenschap:een materiële oplossing
• Biologische systemen nabootsen, Composietmateriaal geneest zichzelf
• Architecturen en algoritmen voor zelfgenezend autonoom ruimtevaartuig