Лекция 15 (2ч.) Наноматериалы для деталей и конструкций авиационно-космической техники

Экология

Можно выделить следующие направления развития нанотехнологии в формировании нового "безотходного" общества:

1. Отказ от производств, связанных с больших объемом отходов, и их замена на так называемые "зеленые" технологии.

2. Рационализация производственных процессов, позволяющая выпускать более легкие и мелкие изделия, что позволит снизить расходы материалов и энергии.

3. Изучение и регулирование природных явлений и процессов загрязнения окружающей среды с помощью нанодатчиков и наноэлектронных устройств.

Новые виды промышленности не будут производить отходов, отравляющих планету, а нанороботы смогут уничтожить последствия старых загрязнений — нанотехника восстановит озоновый слой, очистит от загрязнении почву, реки, атмосферу, океаны, демонтирует заводы, плотины, рудники запечатает радиоактивные отходы в вечные самовосстанавливающиеся контейнеры.

Использование фильтров и мембран на основе наноматериалов для очистки воды и воздуха, опреснения морской воды, а также биосенсоров для быстрого определения химических и биологических загрязнений, синтез новых экологически чистых материалов, новые методы утилизации и переработки отходов.

Исследования, проведенные с образцами почв, пораженных радиационно и химически (в том числе с чернобыльскими), показали возможность их восстановления с помощью нанопрепаратов до естественного состояния за несколько месяцев.

Применение нанотехнологии в аэрокосмической технике способно обеспечить:

• Снижение массы и объема: 10³
• Снижение линейных размеров: 10¹
• Снижение энергопотребления: 10⁴
• Снижение вибрации и шума: 10²
• Повышение быстродействия: 10⁶
• Повышение емкости памяти: 10⁶
• Повышение КПД солнечных батарей: 10¹
• Повышение чувствительности датчиков: 10⁶
• Повышение времени автономной работы: 10⁴
• Повышение надежности: 10²
• Повышение стойкости к радиации: 10¹
• Повышение стойкости к перегрузкам: 10²

Можно привести условную классификацию основных направлений применения нанотехнологии в аэрокосмической технике:

• Материалы
• Объемные материалы
• Нанокомпозиты
• Нанокерамические материалы
• Наноструктурные сплавы
• Нанопористые материалы
• Покрытия и мембраны
• Нанопокрытия
• Антикоррозионные
• Радиопоглощающие
• Электрохромные
• «Липкие»
• Сенсорные
• Нецарапающиеся
• Теплооотражающие
• Самоочищающиеся
• Самовосстанавливающиеся
• Прочие
• Наномембраны
• Волокна
• Углеродные нанотрубки
• Частицы
• Наночастицы металлов
• Наночастицы оксидов
• Фуллерены
• Биомолекулярные материалы
• Белки
• Биополимеры
• Нуклеиновые кислоты
• Дендримеры
• Липосомы
• Пленки Ленгмюра-Блоджетт
• Электропроводные микроорганизмы
• Монослои
• Нанокапсулы
• Жидкие наноматериалы
• Ферромагнитные жидкости
• Электрореологические жидкости
• Электроуправляемые клеи
• Двигательные установки
• Усовершенствование топлив
• Нанокатализаторы сгорания
• Нанокомпозитные топлива
• Нанокатализаторы фазового перехода
• Наногели
• Усовершенствование систем подачи топлива
• Усовершенствование камер сгорания
• Усовершенствование систем управления газовыми потоками
• Энергетические системы
• Генерация энергии
• Солнечные батареи
• Термоэлектрические элементы
• Микрожидкостные генераторы
• Ядерные установки
• Термоядерные установки
• Преобразование энергии
• Хранение энергии
• Батарейки и аккумуляторы
• Топливные элементы
• Водородные элементы
• Передача энергии
• Высокотемпературные сверхпроводники
• Формирование градиента температур
• Экономия энергии
• Системы связи и управления
• Средства навигации
• МЭМС-акселерометры
• Квантовые гироскопы
• Наноэлектроника
• Кремниевая электроника
• Электроника на механотранзисторах
• Электроника на нанотрубках
• Молекулярная электроника
• Одноэлектроника
• Спинтроника
• Квантовая электроника
• Многозондовые системы
• Нанофотоника
• Наномагнитоэлектроника
• Гибкая электроника
• Бионика
• Нейроинтерфейсы
• Нейрокомпьютеры
• Телеуправление
• Биоэлектроника
• Передача данных
• Оптические маршрутизаторы
• Массивы МЭМС-радиосистем
• Нанокомпозитные и фрактальные антенны
• Перестраиваемые лазеры
• Квантовая телепортация
• Сенсоры
• Гироскопы и акселерометры
• Акустические и вибрационные МЭМС-датчики
• Газовые датчики
• Датчики деформации
• Гравитационные
• Инфракрасные датчики
• Оптические датчики высокого разрешения
• Видеосенсоры
• МЭМС-сейсмометры
• Меторологические наносенсоры
• Электронный нос
• Сканирующие зондовые лаборатории
• Микрожидкостные чипы
• Биосенсоры
• Сети сенсоров
• Исполнительные механизмы
• Актюаторы
• Робототехника
• Манипуляторы
• Микро-и наноманипуляторы
• Микроаппараты
• Космические
• Нано КА
• Пико КА
• Атмосферные
• Поверхностные
• Условия работы экипажа
• Системы жизнеобеспечения
• Питание
• Регенерация воздуха
• Очистка воды
• Управление климатом
• Скафандры
• Гибкие материалы
• Материалы программируемого размера
• Материалы программируемой гибкости
• Защита
• Радиационная защита
• Искусственные кости
• Тепловая защита
• Защита от перегрузок
• Механическая защита
• Биологическая и химическая защита
• Нанобиосенсоры
• Бактерицидные наночастицы
• Защита от оптического обнаружения
• Медицинская диагностика
• Медицинская помощь
• Направленная доставка лекарств
• Автоматизированное приготовление препаратов
• Робототехническая микрохирургия
• Молекулярный ремонт клеток
• Интерфейсы
• Нейроинтерфейсы
• Искусственная сетчатка
• Системы информационной поддержки
• Сенсорные микрофоны
• Искусственный интеллект
• Беспилотные аппараты
• Вспомогательные системы
• Охлаждение
• Космическая архитектура
• Автономные робототехнические станции
• Освоение планет
• Космический лифт

Нанороботы способны воплотить мечту фантастов о колонизации иных планет - эти устройства смогут создать на них среду обитания, необходимую для жизни человека. Станет возможным автоматическое строительство орбитальных систем, самособирающихся колоний на Луне и Марсе, любых строений в мировом океане, на поверхности земли и в воздухе (эксперты прогнозируют это к 2025 гг.). Возможность самосборки может привести к решению глобальных вопросов человечества: проблемы нехватки пищи, жилья и энергии. В освоении космоса начнется новая эра.

Когда надо переместить что-то по воздуху или поднять на орбиту, каждый грамм требует дополнительного расхода топлива. Нанотехнология облегчит все детали аппаратов - от корпусов до батареек. Кроме того, наноэлектроника и МЭМС-датчики превратят самолеты в беспилотных роботов. Сверхпрочные и жаростойкие наноматериалы позволят им летать на огромных скоростях с нечеловеческими перегрузками, а наночастицы обеспечат экономию и повышение качества топлива. Скафандры космонавтов станут более удобными, солнечные батареи – эффективными, а ракеты – надежными.

Дата добавления: 2015-06-27