Compósitos para o espaço: o que devem ser e como são criados

German Suvorov no InSpace Forum 2018

Os produtos para a esfera espacial devem ser fortes, leves, resistir a temperaturas ultra-baixas (além de ultra-altas) e às vezes até transmitir radiação eletromagnética. Isso foi dito pelo alemão Suvorov, diretor da empresa "Engineering", especializada na fabricação de produtos a partir de materiais compósitos no campo da instrumentação e do espaço.

Ele participou do painel de discussão do InSpace Forum 2018 , realizado em Moscou em 21 de março. Lá nos conhecemos e conversamos sobre como o desenvolvimento de produtos para a esfera espacial está acontecendo e qual a diferença entre as estruturas "terrestres".

Entrevistador: Sergey Karpov
Demandada: Suvorov alemão

Olá alemão. Conte-nos como é o desenvolvimento de materiais para pedidos no espaço?

De fato, quase sempre desenvolvemos material e produto ao mesmo tempo. Um composto consiste em dois ou mais materiais que são unidos. Portanto, o novo material obtém novas propriedades. Nossa tarefa é selecionar esses materiais para pedidos da esfera espacial que fornecerão as propriedades necessárias. Trabalhamos com fibra de carbono, fibra de vidro, Kevlar, poliuretanos, silicones, cerâmica, metais.

O cliente solicita a criação de material com certas características. Por exemplo, ele precisa que o produto seja permeável à radiação eletromagnética de um determinado intervalo. Para nós, isso significa que as fibras de reforço devem ser radiolúcidas. Ou, por exemplo, outro cliente precisa que o produto reflita um campo eletromagnético - nesse caso, usamos fibras de proteção.

Há uma ordem: fabricar um produto com certas características. Estudamos as propriedades dos materiais descritos em fontes abertas. Mas quase sempre temos que realizar testes. Quando é necessário fornecer às propriedades necessárias um alto grau de confiabilidade, adquirimos amostras de materiais, fazemos um produto de teste e testamos as propriedades desejadas. Com base nos resultados, projetamos o produto final e o testamos já. O número de testes pode ser diferente, porque muitas vezes as informações sobre um determinado material de diferentes fabricantes não são muito corretas.

Quais requisitos os materiais para a indústria espacial atendem?

Como regra geral, isso suporta temperaturas criogênicas, a ausência de emissões de gases e as propriedades mecânicas necessárias. Estamos cientes de todos os desenvolvimentos de materiais mais modernos do mundo, por isso selecionamos os componentes para o compósito com muito cuidado. Na maioria das vezes, é algum tipo de polímero e fibras de reforço.

Por propriedades mecânicas, geralmente é um "clássico": resistência e rigidez, a capacidade de uma estrutura de resistir a fraturas e deformações. Além de restrição de peso. De acordo com a abordagem de engenharia tradicional, se você precisar tornar a estrutura mais forte ou mais resistente, a forma muda e mais material é adicionado. E com a ajuda de tecnologias modernas, não podemos aumentar a massa, mas ao mesmo tempo aumentar significativamente a força e a rigidez.

Também é muito importante para a esfera espacial que nenhum gás seja liberado do material. No espaço, o gás pode atingir os elementos sensíveis da espaçonave: lentes, espelhos, dispositivos eletrônicos. Isso pode danificar a operação da unidade. Para garantir a ausência de gás no material, alcançamos a polimerização completa, para que não haja moléculas livres não ligadas e elas não sejam liberadas no espaço, assentando-se nos elementos sensíveis do aparelho. Separadamente, realizamos testes para amostras de materiais que devem ser utilizados na fabricação do produto.

E a proteção contra a radiação cósmica?

Sim, o requisito para o radiocontato também é atendido. Mas isso depende de onde o produto será localizado: é fechado por um invólucro de proteção ou aberto à radiação.

A questão é decidida pela seleção de materiais. Dependendo dos requisitos, simplesmente adicionamos certos aditivos à composição, que fornecem as propriedades de proteção contra uma certa faixa de radiação.

Conte-nos mais sobre o desenvolvimento do estojo da bateria para o satélite GLONASS . O que deveria ter sido um design? Para que serve? Quanto tempo levou para criá-lo?

O case em si simplesmente serve como uma célula para a bateria. Parece ser uma tarefa simples, mas, considerando todos os requisitos, torna-se um problema de engenharia de alta tecnologia. Os principais requisitos são resistência mecânica e rigidez. O casco teve que manter sua forma sob cargas, suportar as vibrações presentes quando o foguete foi lançado. Obviamente, o material não deveria emitir gás no espaço, e a própria estrutura tinha que ser desgaseificada na atmosfera: isso significa que o ar e outros gases de todas as cavidades escondidas deveriam sair com rapidez suficiente para não afetar a estrutura. Nosso produto entra no vácuo das condições atmosféricas em 8 a 10 minutos - isso deve ser levado em consideração, porque, se houver gás nas cavidades ocultas, ele poderá quebrar o produto.

O gabinete precisava atender aos requisitos de resistência ao fogo e resistência química - para que os produtos químicos das baterias em caso de perfuração não destruíssem a estrutura.

Demorou cerca de dois meses para criá-lo, e os testes do produto levaram a maior parte do tempo. Isso é de fato muito rápido.

Outro projeto "Engenharia" - um planador para UAVs . Que tarefas o cliente definiu para você e como as resolveu?

O cliente já tinha um design de planador composto. Era necessário aumentar o tamanho da carga útil, mantendo o mesmo peso. O problema foi resolvido substituindo o material, a tecnologia. Tornamos a estrutura da casca mais fina e mais leve. Receio cometer erros nas figuras, mas a área do planador aumentou cerca de 20% e reduzimos o peso em 30%.

Nesta ordem, não alteramos a aerodinâmica do dispositivo. Nossa tarefa era introduzir um novo design nesses contornos aerodinâmicos. Usamos várias soluções que nos permitiram simplificar bastante a engenharia. Em primeiro lugar, foi uma suspensão sem dobradiças dos elevons. Ou seja, os onze começaram a se desviar não devido ao trabalho da dobradiça mecânica, mas devido à elasticidade do material - organizamos zonas flexíveis especiais na estrutura. Este é um dos "truques" dos compósitos: podemos criar rigidez variável em um produto monolítico. Esta solução simplifica a montagem e reduz o peso do produto.

Quais são os recursos dos pedidos para a indústria espacial? Quais são as diferenças dos produtos terrestres?

Antes de tudo, o espaço precisa de uma massa baixa. Estamos sempre trabalhando para reduzir o peso de nossos produtos. Além disso, a exigência de que o produto não emita gás é praticamente irrelevante para produtos "terrestres", enquanto para o espaço é extremamente importante. A tecnologia espacial está sempre na vanguarda do progresso, portanto há mais oportunidades de fazer algo novo.

Além disso, ao contrário da indústria da aviação, o espaço não é tão regulamentado. Gostamos disso, porque podemos aplicar os desenvolvimentos mais modernos - tanto os nossos quanto as conquistas de outros países. Em aeronaves tripuladas, isso é difícil de fazer.

Porque Existe um requisito específico para materiais e construção na aviação?

Sim Eles precisam de certificação obrigatória de quase tudo o que é feito para a aeronave. Existem várias autoridades que monitoram isso e emitem licenças e certificados. Existe uma licença do Ministério da Indústria e Comércio para o desenvolvimento e produção de aeronaves. Existe uma certificação IPA excelente para todas as aeronaves - e quando você faz a menor alteração no projeto, precisa passar pela certificação novamente.

Em geral, isso é compreensível, porque as pessoas voam em aviões tripulados e, se algo é feito de errado, a vida humana pode ser o preço do erro. Por outro lado, existem coisas que inibem o progresso tecnológico.

Qual ordem foi a mais complexa e a mais desafiadora para a empresa de engenharia? Quais foram as principais dificuldades e como você lidou com elas?

De fato, temos muitas tarefas complexas e é extremamente difícil destacar alguma. Eles chegam até nós quando uma equipe de engenheiros lutou com um problema, não chegou a um resultado e os prazos já estão chegando. Há algo não trivial em todas as tarefas.

Sua empresa possui pedidos para o desenvolvimento de apenas material, sem nenhum produto?

Havia uma tarefa dessas. Fomos abordados por um cliente que trabalha com tecnologia criogênica. Realizamos pesquisas e selecionamos materiais que trabalham em ambientes criogênicos (aproximadamente -200 ° C), mantêm a resistência mecânica e são transparentes à radiação eletromagnética. A partir de vários componentes, compilamos um composto que atende a todos esses requisitos.

Quais etapas um determinado produto executa antes de enviá-lo a um cliente?

Como regra, tudo começa com o desenvolvimento de especificações técnicas, porque geralmente os clientes vêm com tarefas que exigem esclarecimentos. Esta é uma etapa muito importante - a base de todo o projeto.

Em seguida é a fase de design. Às vezes você precisa fazer design industrial. Depois disso, estamos trabalhando com modelos 3D de estruturas em um ambiente virtual. Então nós preparamos a produção - equipamento tecnológico. Preparamos materiais e depois criamos um protótipo. No protótipo, testamos todos os requisitos necessários que são importantes para o cliente. Com base nos resultados da pesquisa, fazemos os ajustes necessários - e somente então organizamos a produção em massa. Como regra, a tecnologia serial difere daquela usada para criar o protótipo.

Como você exerce o controle de qualidade?

É sempre testes e estudos, mas tudo depende do material e produto específicos. Como regra, para compósitos, esses são métodos de teste não destrutivos. Eles permitem que você examine profundamente o material e detecte possíveis delaminações e locais sem cola. Graças a eles, você pode verificar a integridade do material e como ele é polimerizado. Temos contratados com o equipamento necessário - nós os convidamos e realizamos testes. Nós sempre verificamos o produto acabado. Se houver inconsistências - enviamos para revisão. Se tudo estiver em ordem, o produto estará pronto para produção em série.

Para uma programação de eventos dedicados a tecnologias inovadoras, consulte o site da Smile-Expo . O mais próximo será realizado em Moscou: M-Health Congress (3 de abril) - um evento dedicado à telemedicina e ao setor de saúde móvel; e a Conferência de Inteligência Artificial (19 de abril) - uma conferência sobre o uso da inteligência artificial nos negócios.