Mielenkiintoisia faktoja ja hyödyllisiä vinkkejä. Edistykselliset avaruusmateriaalit

Koti / Entinen

Kuukauden kuluttua ensimmäinen R-7-raketin laukaisu, joka tapahtui 15. toukokuuta 1957, on tasan puoli vuosisataa vanha. Tämä raketti, jota edelleen kantavat kaikki kosmonautimme, on suunnitteluidean ehdoton voitto rakennemateriaalista. On mielenkiintoista, että tasan 30 vuotta laukaisun jälkeen, 15. toukokuuta 1987, tapahtui ensimmäinen Energia-raketin laukaisu, joka päinvastoin käytti paljon eksoottisia materiaaleja, joihin ei ollut pääsyä 30 vuotta sitten.

Kun Stalin antoi Koroljoville tehtäväksi kopioida V-2, monet hänen materiaalinsa olivat uusia silloiselle neuvostoteollisuudelle, mutta vuoteen 1955 mennessä ongelmat, jotka olisivat saattaneet estää suunnittelijoita toteuttamasta ideoita, olivat jo kadonneet. Lisäksi R-7-raketin luomiseen käytetyt materiaalit, jopa vuonna 1955, eivät eronneet uutuudesta - loppujen lopuksi oli otettava huomioon raketin massatuotantoon käytetty aika ja raha. Siksi pitkään hallituista alumiiniseoksista tuli sen suunnittelun perusta.

Aikaisemmin oli muodikasta kutsua alumiinia "siivekkääksi metalliksi" korostaen, että jos rakenne ei kulje maassa tai kiskoilla, vaan lentää, sen on välttämättä oltava alumiinia. Itse asiassa on olemassa monia siivekkäitä metalleja, ja tämä määritelmä on kauan mennyt pois muodista. Ei ole epäilystäkään siitä, että alumiini on hyvä, melko halpa, sen seokset ovat suhteellisen vahvoja, se on helposti prosessoitavissa jne. Mutta lentokonetta ei voi rakentaa pelkästään alumiinista. Ja mäntälentokoneessa puu osoittautui varsin sopivaksi (jopa R-7-raketissa instrumenttiosastossa on vaneria väliseinät!). Perittyään alumiinin ilmailusta, rakettiteollisuus alkoi myös käyttää tätä metallia. Mutta juuri täällä hänen mahdollisuuksiensa kapeaisuus paljastui.

Alumiini

"Winged Metal", lentokonesuunnittelijoiden suosikki. Puhdas alumiini on kolme kertaa kevyempää kuin teräs, erittäin sitkeä, mutta ei kovin vahva.

Jotta siitä tulisi hyvä rakennemateriaali, siitä on tehtävä seoksia. Historiallisesti ensimmäinen oli duralumiini (duralumiini, duralumiini, kuten sitä useimmiten kutsumme) - tällaisen nimen lejeeringille antoi saksalainen yritys, joka ehdotti sitä ensimmäisen kerran vuonna 1909 (Durenin kaupungin nimestä). Tämä metalliseos sisältää alumiinin lisäksi pieniä määriä kuparia ja mangaania, mikä lisää jyrkästi sen lujuutta ja jäykkyyttä. Mutta duralumiinilla on myös haittoja: sitä ei voi hitsata ja sitä on vaikea leimata (lämpökäsittelyä tarvitaan). Se saa täyden lujuuden ajan myötä, tätä prosessia kutsuttiin "vanhenemiseksi", ja lämpökäsittelyn jälkeen seos on vanhenettava uudelleen. Siksi sen osat yhdistetään niiteillä ja pulteilla.

Raketissa se sopii vain "kuiviin" osastoihin - niitattu rakenne ei takaa tiiviyttä paineen alaisena. Magnesiumia (yleensä enintään 6 %) sisältävät metalliseokset voidaan muuttaa ja hitsata. Juuri niitä on eniten R-7-raketissa (erityisesti kaikki tankit on valmistettu niistä).

Amerikkalaisilla insinööreillä oli käytössään kestävämpiä alumiiniseoksia, jotka sisälsivät jopa tusinaa eri komponenttia. Mutta ensinnäkin seokset olivat ominaisuuksiltaan huonompia kuin ulkomaiset. On selvää, että eri näytteet voivat hieman poiketa koostumuksesta, mikä johtaa eroihin mekaanisissa ominaisuuksissa. Suunnittelussa joudutaan usein luottamaan ei keskimääräiseen lujuuteen, vaan minimiin tai takuuseen, joka metalliseoksissamme voi olla huomattavasti alle keskimääräisen.

1900-luvun viimeisellä neljänneksellä metallurgian edistyminen johti alumiini-litium-seosten syntymiseen. Jos sitä ennen alumiinin lisäyksillä pyrittiin vain lisäämään lujuutta, litium teki mahdolliseksi tehdä seoksesta huomattavasti kevyempää. Energia-raketin vetysäiliö tehtiin alumiini-litium-seoksesta, ja siitä valmistetaan nyt myös Shuttle-säiliöt.

Lopuksi eksoottisin alumiinipohjainen materiaali on boraali-alumiinikomposiitti, jossa alumiinilla on sama rooli kuin lasikuidun epoksihartsilla: se pitää lujat boorikuidut yhdessä. Tämä materiaali on juuri alkanut tuoda kotimaiseen kosmonautiikkaan - siitä on tehty ristikko Sea Launch -projektissa käytetyn DM-SL-ylemmän vaiheen uusimman muunnelman tankkien väliin. Suunnittelijavalikoima on rikastunut huomattavasti viimeisen 50 vuoden aikana. Siitä huolimatta sekä silloin että nyt alumiini on raketin metallien ykkönen. Mutta tietysti on monia muita metalleja, joita ilman raketti ei voi lentää.

Avaruusajan muodikkain metalli. Vastoin yleistä käsitystä titaania ei käytetä kovin laajasti rakettiteollisuudessa - titaaniseoksia käytetään pääasiassa korkeapainekaasusylintereiden valmistukseen (etenkin heliumiin). Titaaniseokset vahvistuvat, kun ne asetetaan nestemäisen hapen tai nestemäisen vetysäiliöihin, mikä johtaa pienempään painoon. TKS-avaruusaluksessa, joka ei kuitenkaan koskaan lentänyt astronautien kanssa, telakointimekanismeja ohjattiin pneumaattisesti, ilmaa sitä varten varastoitiin useisiin 36 litran titaanipalloihin, joiden työpaine oli 330 ilmakehää. Jokainen tällainen sylinteri painoi 19 kiloa. Tämä on lähes viisi kertaa kevyempi kuin saman kapasiteetin tavallinen hitsaussylinteri, mutta sen paine on puolet pienempi!

Rauta

Korvaamaton elementti kaikista teknisistä rakenteista. Rauta useiden lujien ruostumattomien terästen muodossa on toiseksi eniten käytetty metalli raketteissa. Aina kun kuorma ei jakaannu suureen rakenteeseen, vaan keskittyy yhteen tai useampaan pisteeseen, teräs päihittää alumiinin. Teräs on jäykempi - teräksestä valmistettu rakenne, jonka mittojen ei pitäisi "kellua" kuormituksen alla, on lähes aina kompaktimpi ja joskus jopa kevyempi kuin alumiini. Teräs sietää tärinää paljon paremmin, sietää paremmin lämmitystä, teräs on halvempaa, eksoottisimpia laatuja lukuun ottamatta, terästä tarvitaan loppujen lopuksi laukaisulaitokseen, jota ilman raketti - no, tiedätkö ...

Mutta raketin tankit voivat olla myös terästä. Ihmeellistä? Joo. Kuitenkin ensimmäinen amerikkalainen Atlas ICBM käytti ohutseinäisiä ruostumattomasta teräksestä valmistettuja säiliöitä. Jotta teräsraketti olisi suorituskyvyltään parempi kuin alumiininen, paljon oli muutettava radikaalisti. Säiliöiden seinämien paksuus moottoritilan lähellä oli 1,27 millimetriä (1/20 "), ohuempia levyjä käytettiin korkeammalla, ja kerosiinisäiliön yläosassa paksuus oli vain 0,254 millimetriä (0,01"). Ja samalla periaatteella valmistetussa Centaur-vetytehostimessa on partakoneen terän paksuinen seinä - 0,127 millimetriä!

Tällainen ohut seinämä romahtaa jopa omalla painollaan, joten se säilyttää muotonsa pelkästään sisäisen paineen vuoksi: valmistushetkestä lähtien säiliöt suljetaan, täytetään ja varastoidaan korotetussa sisäisessä paineessa. Valmistusprosessin aikana seinät tuetaan sisäpuolelta erityisillä pidikkeillä. Tämän prosessin vaikein vaihe on pohjan hitsaus sylinterimäiseen osaan. Se oli suoritettava yhdellä kertaa, minkä seurauksena useat hitsausryhmät, kaksi paria kussakin, tekivät sen kuusitoista tuntia; prikaatit vaihtoivat toisensa neljässä tunnissa. Tässä tapauksessa toinen kahdesta parista toimi säiliön sisällä.

Ei varmastikaan helppoa työtä. Mutta tällä raketilla amerikkalainen John Glenn astui ensin kiertoradalle. Ja sitten sillä oli loistava ja pitkä historia, ja Centaur-lohko lentää tähän päivään asti. V-2:ssa muuten runko oli myös terästä - teräs hylättiin kokonaan vain R-5-raketissa, jossa teräsrunko osoittautui tarpeettomaksi irrotettavan taistelukärjen takia. Millainen metalli voidaan asettaa kolmannelle sijalle rakeisuuden suhteen? Vastaus saattaa tuntua itsestään selvältä. Titaani? Osoittautuu, että ei ollenkaan.

Kupari

Sähkö- ja lämpötekniikan perusmetalli. Eikö olekin outoa? Melko raskas, ei liian vahva teräkseen verrattuna - matalassa sulava, pehmeä, alumiiniin verrattuna - kallis, mutta kuitenkin korvaamaton metalli.

Kyse on kuparin hirvittävästä lämmönjohtavuudesta – se on kymmenen kertaa enemmän kuin halpa teräs ja neljäkymmentä kertaa enemmän kuin kallis ruostumaton teräs. Alumiini menettää myös kuparille lämmönjohtavuudessa ja samalla sulamislämpötilassa. Ja tätä hullua lämmönjohtavuutta tarvitaan raketin sydämessä - sen moottorissa. Rakettimoottorin sisäseinä on valmistettu kuparista, joka pitää sisällään rakettisydämen kolmen tuhannen asteen lämpöä. Seinän sulamisen estämiseksi se on valmistettu komposiitista - ulompi teräs kestää mekaanisia kuormia ja sisäpuoli, kupari, ottaa lämpöä.

Seinien välisessä ohuessa raossa polttoaine virtaa säiliöstä moottoriin, ja sitten käy ilmi, että kupari päihittää teräksen: tosiasia on, että sulamislämpötilat eroavat kolmanneksen, mutta lämmönjohtavuus on kymmeniä kertoja. Joten terässeinä palaa ennen kuparia. R-7-moottoreiden suuttimien kaunis "kuparin" väri näkyy selvästi kaikissa valokuvissa ja ohjusten laukaisua koskevissa TV-raporteissa.

R-7-raketin moottoreissa sisäinen "palomaseinä" ei ole valmistettu puhtaasta kuparista, vaan kromipronssista, joka sisältää vain 0,8 % kromia. Tämä vähentää jonkin verran lämmönjohtavuutta, mutta samalla nostaa maksimikäyttölämpötilaa (lämmönkestoa) ja helpottaa teknikkojen elämää - puhdas kupari on erittäin viskoosia, sitä on vaikea leikata, ja sisävaipan päällä on jyrsitään kylkiluut, joilla se on kiinnitetty ulompaan. Jäljellä olevan pronssiseinän paksuus on vain millimetri, rivat ovat saman paksuisia ja niiden välinen etäisyys on noin 4 millimetriä.

Mitä pienempi moottorin työntövoima, sitä huonommat jäähdytysolosuhteet - polttoaineenkulutus on pienempi ja suhteellinen pinta-ala vastaavasti suurempi. Siksi avaruusaluksissa käytetyissä pienitehoisissa moottoreissa jäähdytykseen on käytettävä polttoaineen lisäksi myös hapettavaa ainetta - typpihappoa tai typpitetroksidia. Tällaisissa tapauksissa suojakupariseinä on kromattava sivulta, jossa happo virtaa. Mutta tähänkin on alistuttava, sillä kuparisella paloseinällä varustettu moottori on tehokkaampi.

Ollakseni rehellinen, sanotaan, että on olemassa myös teräksisellä sisäseinällä varustettuja moottoreita, mutta niiden parametrit ovat valitettavasti paljon huonommat. Eikä kyse ole vain tehosta tai työntövoimasta, ei, moottorin täydellisyyden pääparametri - spesifinen impulssi - pienenee tässä tapauksessa neljänneksellä, ellei kolmanneksella. "Keskikokoisille" moottoreille se on 220 sekuntia, hyville - 300 sekuntia ja arvostetuimmille "viileille ja hienostuneille" moottoreille, joita on kolme sukkulan takana, - 440 sekuntia. Totta, kupariseinämäiset moottorit eivät johdu niinkään suunnittelun täydellisyydestä kuin nestemäisestä vedystä. Kerosiinimoottoria ei edes teoriassa voida tehdä sellaiseksi. Kupariseokset mahdollistivat kuitenkin "puristaa" rakettipolttoaineesta jopa 98 % sen teoreettisesta hyötysuhteesta.

Hopea

Ihmiskunnan tuntema jalometalli antiikista lähtien. Metalli, jota ilman et tule toimeen missään. Kuten naula, jota ei löytynyt kuuluisan runon pajasta, hän pitää kaiken itsestään. Hän sitoo kuparin teräkseen nestemäisellä polttoaineella toimivassa rakettimoottorissa, ja tämä ehkä paljastaa sen mystisen olemuksen. Millään muilla rakennusmateriaaleilla ei ole mitään tekemistä mystiikan kanssa - mystinen juna on seurannut yksinomaan tätä metallia vuosisatojen ajan. Ja niin se oli koko sen ihmisen käytön historian ajan, paljon kauemmin kuin kuparin tai raudan. Mitä voimme sanoa alumiinista, joka löydettiin vasta 1800-luvulla ja josta tuli suhteellisen halpa vielä myöhemmin - 1900-luvulla.

Kaikkien ihmisten sivilisaation vuosien ajan tällä poikkeuksellisella metallilla on ollut valtava määrä käyttötarkoituksia ja erilaisia ammatteja. Sille annettiin monia ainutlaatuisia ominaisuuksia, ihmiset käyttivät sitä paitsi teknisessä ja tieteellisessä toiminnassaan, myös taikuudessa. Esimerkiksi pitkään uskottiin, että "kaikenlaiset pahat henget pelkäävät häntä".

Tämän metallin suurin haittapuoli oli sen korkea hinta, minkä vuoksi se oli aina käytettävä säästeliäästi, tarkemmin sanottuna järkevästi - kuten seuraava sovellus vaati, jonka levottomat ihmiset keksivät. Ennemmin tai myöhemmin hänelle löydettiin korvikkeita, jotka ajan myötä, enemmän tai vähemmän menestyksellä, syrjäyttivät hänet.

Nykyään se katoaa käytännössä silmiemme edessä sellaiselta upealta ihmisen toiminnan alueelta kuin valokuvaus, joka lähes puolentoista vuosisadan ajan teki elämästämme maalauksellisen ja kronikat luotettavampia. Ja viisikymmentä (noin) vuotta sitten hän alkoi menettää jalansijaa yhdessä vanhimmista käsityöstä - kolikoiden lyömisestä. Tietysti kolikoita tästä metallista valmistetaan vielä tänäkin päivänä - mutta yksinomaan viihdettä varten: ne ovat jo pitkään lakanneet olemasta itse rahaa ja niistä on tullut lahja- ja keräilytuote.

Ehkä, kun fyysikot keksivät teleportaation ja rakettimoottoreita ei enää tarvita, tulee viimeinen tunti ja toinen sen sovellusalue. Mutta toistaiseksi sille ei ole voitu löytää sopivaa korvaajaa, ja tämä ainutlaatuinen metalli on edelleen vertaansa vailla rakettitekniikassa - aivan kuten vampyyrien metsästyksessä.

Olet luultavasti jo arvannut, että kaikki yllä oleva koskee hopeaa. GIRD-ajoista tähän asti ainoa tapa yhdistää rakettimoottorien polttokammion osia on juottaminen hopeajuotteilla tyhjiöuunissa tai inertissä kaasussa. Yritykset löytää muita kuin hopeajuotoksia tähän tarkoitukseen ovat toistaiseksi epäonnistuneet. Joillakin kapeilla alueilla tämä ongelma voidaan joskus ratkaista - esimerkiksi jääkaappeja korjataan nyt kupari-fosforijuotteella - mutta nestemäisten polttoaineiden moottoreissa hopeaa ei voida korvata. Suuren nestemäisen polttoaineen moottorin polttokammiossa sen pitoisuus saavuttaa satoja grammoja ja joskus jopa kilogramman.

Hopeaa kutsutaan jalometalliksi pikemminkin vuosituhannen tapaan; on metalleja, joita ei pidetä jaloina, mutta jotka ovat paljon kalliimpia kuin hopea. Otetaan esimerkiksi beryllium. Tämä metalli on kolme kertaa kalliimpaa kuin hopea, mutta sitä voidaan käyttää myös avaruusaluksissa (ei kuitenkaan raketteissa). Se tunnetaan ensisijaisesti kyvystään hidastaa ja heijastaa neutroneja ydinreaktoreissa. Sitä käytettiin myöhemmin rakennemateriaalina.

Tietenkin on mahdotonta luetella kaikkia metalleja, joita voidaan kutsua ylpeällä nimellä "siivekäs", eikä siihen ole tarvettakaan. 1950-luvun alussa vallinnut metallimonopoli on pitkään murtunut lasi- ja hiilikuituvahvisteisten muovien avulla. Näiden materiaalien korkea hinta hidastaa niiden leviämistä kertakäyttöohjuksissa, mutta lentokoneissa niitä otetaan käyttöön paljon laajemmin. Hyötykuorman CFRP-suojat ja ylemmän vaiheen moottorin CFRP-suuttimet ovat jo olemassa ja kilpailevat hitaasti metalliosien kanssa. Mutta kuten historiasta tiedetään, ihmiset ovat työskennelleet metallien kanssa noin kymmenentuhatta vuotta, eikä näille materiaaleille ole niin helppoa löytää vastaavaa korvaavaa.

Viime vuosina avaruudesta on jälleen tullut se, mistä puhutaan yhä enemmän. Hänestä puhutaan kaikkialla - uutisissa, sanomalehdissä, radiossa ja lopulta vain kotona keittiössä. Ja on syytä huomata, että he sanovat, että se ei ole turhaa. Ihmiskunta on jälleen kerran kiinnittänyt erityistä huomiota taivaisiin ja yrittää saavuttaa, jos ei tähdet, niin naapuriplaneetat varmasti. Jos joku kuitenkin luulee, että tänään puhumme jostain tähtitieteellisestä, niin hän erehtyy, puhumme vähän jostain muusta, metalleista ja seoksista.

Mielestäni on turha muistuttaa vielä kerran, kuinka tärkeitä metallurgien saavutukset ovat ihmiskunnan avaruusohjelman kehittämisessä. Mutta puhua siitä, että tilan hallitseminen, uusia teknologisia mahdollisuuksia avautuu metallurgialle, ei ole vain mahdollista, vaan myös välttämätöntä. Mistä mahdollisuuksista puhumme? Kyllä, kaikki on joka tapauksessa selvää - nollapainovoimassa ei vain nestevirtausprosessit muutu, vaan myös lämmönsiirtoprosessit, ja siksi tuli mahdolliseksi käyttää uusia, aiemmin testaamattomia menetelmiä metallimateriaalien saamiseksi ja käsittelemiseksi.

Joten esimerkiksi pintajännityksen vaikutuksesta sula ottaa pallon muodon ja roikkuu vapaasti avaruudessa. Kuten Neuvostoliiton ja Amerikan tutkimukset ovat aikanaan osoittaneet, sula metalli (kupari) muuttuu 3 sekunnissa palloksi, jonka halkaisija on 10 senttimetriä. Tämä ei kuitenkaan ole kiinnostavaa, vaan se, että metalli ei sen seurauksena ole saastunut millään epäpuhtaudella, mikä on käytännössä mahdotonta tehdä maanpäällisissä olosuhteissa.

Seuraavaksi tuloksena olevalle pallolle annetaan vaadittu muoto sähkö- ja magneettikenttien avulla. Toinen amerikkalaisten kokeilu on kiinnostava, jonka ansiosta oli mahdollista havaita, että syvässä avaruudessa jotkut materiaalit yksinkertaisesti haihtuvat. Nämä ovat pääasiassa kadmium-, sinkki- ja magnesiumseoksia. Ja kestävimmät metallit olivat volframi, teräs, platina ja yllättäen titaani.

Itse asiassa titaani ansaitsee eniten huomiota. Tosiasia on, että titaani on yksi tärkeimmistä rakennemateriaaleista nykyään. Tämä johtuu ensisijaisesti tämän metallin keveyden ja lujuuden ja tulenkestävyyden yhdistelmästä. Ei ole mikään salaisuus, että titaania on käytetty luomaan erilaisia erittäin lujia metalliseoksia ilmailua, laivanrakennusta ja rakettitekniikkaa varten. Esimerkiksi titaani-nikkeliseoksella on erittäin mielenkiintoinen ominaisuus, joka käytännössä kirjaimellisesti "muistaa" sen muodon. Ja jos kylmässä tästä seoksesta valmistettu tuote voidaan puristaa pieneksi palloksi, niin kuumennettaessa materiaali saa takaisin alkuperäisen ulkonäön.

Oppiessaan yhä enemmän metallin ominaisuuksista avaruudessa ja oppiessaan uusia metallurgisia mahdollisuuksia valukappaleiden hankinnassa, jotkut liikemiehet ovat menossa edellä väittelyissään, ei vain sanoissa. Tieteiskirjailijat, kuten Isaac Asimov, mainitsivat teoksissaan louhinnan toteuttamisen ei kotimaassaan, vaan asteroideista. Tätä ajatusta vaalittiin ja keskusteltiin pitkään, koska avaruudessa kaivostoiminta ei tietenkään ole kannattavaa liiketoimintaa. Ihmisiä on kuitenkin niin monia, niin monia mielipiteitä, joten kirjaimellisesti vuosi sitten käynnistettiin X-Prize-rahaston uusi avaruusohjelma, jota johti Peter Diamandis, joka uskoo, että siitä on hyötyä. Ja vaikka X-Prize ei aio ryhtyä välittömästi metallien louhintaan, siitä voi tulla todellinen edelläkävijä. Voit lukea lisää Diamandisin ideasta napsauttamalla tätä.

Andrei Suvorov
huhtikuuta 2007

Mitä materiaaleja käytetään avaruusalusten rakentamiseen, jotka kyntävät universumin loputtomia avaruutta.

Aikaisemmin oli muodikasta kutsua alumiinia "siivekkääksi metalliksi" korostaen, että jos rakenne ei kulje maassa tai kiskoilla, vaan lentää, sen on välttämättä oltava alumiinia. Itse asiassa on olemassa monia siivekkäitä metalleja, ja tämä määritelmä on kauan mennyt pois muodista. Ei ole epäilystäkään siitä, että alumiini on hyvä, melko halpa, sen seokset ovat suhteellisen vahvoja, sitä on helppo käsitellä jne. Mutta lentokonetta ei voi rakentaa pelkästään alumiinista. Ja mäntälentokoneessa puu osoittautui varsin sopivaksi (jopa R-7-raketissa instrumenttiosastossa on vaneria väliseinät!). Perittyään alumiinin ilmailusta, rakettiteollisuus alkoi myös käyttää tätä metallia. Mutta juuri täällä hänen mahdollisuuksiensa kapeaisuus paljastui.

Alumiini

"Winged Metal", lentokonesuunnittelijoiden suosikki. Puhdas alumiini on kolme kertaa kevyempää kuin teräs, erittäin sitkeä, mutta ei kovin vahva.

Suunnittelijavalikoima on rikastunut huomattavasti viimeisen 50 vuoden aikana. Siitä huolimatta sekä silloin että nyt alumiini on raketin metallien ykkönen. Mutta tietysti on monia muita metalleja, joita ilman raketti ei voi lentää.

Rauta

Korvaamaton elementti kaikista teknisistä rakenteista. Rauta useiden lujien ruostumattomien terästen muodossa on toiseksi eniten käytetty metalli raketteissa.

Aina kun kuorma ei jakaannu suureen rakenteeseen, vaan keskittyy yhteen tai useampaan pisteeseen, teräs päihittää alumiinin.

Teräs on jäykempi - teräksestä valmistettu rakenne, jonka mittojen ei pitäisi "kellua" kuormituksen alla, on lähes aina kompaktimpi ja joskus jopa kevyempi kuin alumiini. Teräs sietää tärinää paljon paremmin, sietää paremmin lämmitystä, teräs on halvempaa, eksoottisimpia laatuja lukuun ottamatta, terästä tarvitaan loppujen lopuksi laukaisulaitokseen, jota ilman raketti - no, tiedätkö ...

Valmistusprosessin aikana seinät tuetaan sisäpuolelta erityisillä pidikkeillä. Tämän prosessin vaikein vaihe on pohjan hitsaus sylinterimäiseen osaan. Se oli suoritettava yhdellä kertaa, minkä seurauksena useat hitsausryhmät, kaksi paria kussakin, tekivät sen kuusitoista tuntia; prikaatit vaihtoivat toisensa neljässä tunnissa. Tässä tapauksessa toinen kahdesta parista toimi säiliön sisällä.

Millaista metallia voidaan laittaa kolmannelle sijalle "raketilla"? Vastaus saattaa tuntua itsestään selvältä. Titaani? Osoittautuu, että ei ollenkaan.

Kupari

Hopea

Ihmiskunnan tuntema jalometalli antiikista lähtien. Metalli, jota ilman et tule toimeen missään. Kuten naula, jota ei löytynyt kuuluisan runon pajasta, hän pitää kaiken itsestään.

Hän sitoo kuparin teräkseen nestemäisellä polttoaineella toimivassa rakettimoottorissa, ja tämä ehkä paljastaa sen mystisen olemuksen. Millään muilla rakennusmateriaaleilla ei ole mitään tekemistä mystiikan kanssa - mystinen juna on seurannut yksinomaan tätä metallia vuosisatojen ajan. Ja niin se oli koko sen ihmisen käytön historian ajan, paljon kauemmin kuin kuparin tai raudan. Mitä voimme sanoa alumiinista, joka löydettiin vasta 1800-luvulla ja josta tuli suhteellisen halpa vielä myöhemmin - 1900-luvulla.

Hopeaa kutsutaan jalometalliksi pikemminkin tuhatvuotisesta tottumuksesta; on metalleja, joita ei pidetä jaloina, mutta jotka maksavat paljon enemmän kuin hopea. Otetaan esimerkiksi beryllium. Tämä metalli on kolme kertaa kalliimpaa kuin hopea, mutta sitä voidaan käyttää myös avaruusaluksissa (ei kuitenkaan raketteissa). Se tunnetaan ensisijaisesti kyvystään hidastaa ja heijastaa neutroneja ydinreaktoreissa. Sitä käytettiin myöhemmin rakennemateriaalina.

Mutta kuten historiasta tiedetään, ihmiset ovat työskennelleet metallien kanssa noin kymmenentuhatta vuotta, eikä näille materiaaleille ole niin helppoa löytää vastaavaa korvaavaa.

Titaani ja titaaniseokset

Avaruusajan muodikkain metalli.

Vastoin yleistä käsitystä titaania ei käytetä kovin laajasti rakettiteollisuudessa - titaaniseoksia käytetään pääasiassa korkeapainekaasusylintereiden valmistukseen (etenkin heliumiin). Titaaniseokset vahvistuvat, kun ne asetetaan nestemäisen hapen tai nestemäisen vetysäiliöihin, mikä johtaa pienempään painoon. TKS-avaruusaluksessa, joka ei kuitenkaan koskaan lentänyt astronautien kanssa, telakointimekanismeja ohjattiin pneumaattisesti, ilmaa sitä varten varastoitiin useisiin 36 litran titaanipalloihin, joiden työpaine oli 330 ilmakehää. Jokainen tällainen sylinteri painoi 19 kiloa. Tämä on lähes viisi kertaa kevyempi kuin saman kapasiteetin tavallinen hitsaussylinteri, mutta sen paine on puolet pienempi!

Monet meistä eivät edes ajattele kuinka monia mielenkiintoisia faktoja emme tiedä metalleista. Tänään on toinen artikkeli, joka kertoo sinulle metallien epätavallisista ominaisuuksista. Ensinnäkin haluaisimme kertoa hämmästyttävästä löydöstä, joka tehtiin miehitettyjen avaruuslentojen ansiosta.

Joten maan ilmakehä sisältää suuren määrän happea, jonka kanssa metalli reagoi. Metallin pinnalle muodostuu niin kutsuttu oksidikalvo. Tämä kalvo suojaa metalleja ulkoisilta vaikutuksilta. Mutta jos otat kaksi metallikappaletta tilaan ja kiinnität ne toisiinsa, ne tarttuvat välittömästi yhteen muodostaen monoliittisen kappaleen. Astronautit käyttävät yleensä instrumenttia, joka on peitetty ohuella muovikerroksella. Avaruudessa voit yksinkertaisesti käyttää jo hapettuneita metalleja, jotka on otettu maasta.

Rauta maailmankaikkeudessa

Maan maaperässä yleisin metalli on alumiini, mutta jos otat koko planeetan kokonaisuutena, rauta ottaa johdon. Se on rauta, joka muodostaa maan ytimen perustan. Universumin mittakaavassa rauta on suosioltaan neljännellä sijalla.

Luonnon kallein metalli on rodium. Se maksaa noin 175 tuhatta dollaria grammalta. Mutta kallein laboratoriossa saatu metalli on Californium 252. Grama tätä metallia maksaa 6,5 miljoonaa dollaria. Luonnollisesti reaktoreita tällaisen metallin valmistamiseksi on vain rikkaissa maissa - Yhdysvalloissa ja Venäjällä. Nykyään maapallolla ei ole enempää kuin 5 grammaa tällaista metallia.

Kalsium 252:ta käytetään laajasti lääketieteessä syövän hoitoon. Lisäksi kaliforniumia käytetään teollisuudessa hitsien laadun määrittämiseen. Kaliforniumia voidaan käyttää reaktorien käynnistyksessä, geologiassa pohjaveden havaitsemiseen.

Varmasti hyvin pian Kaliforniaa aletaan käyttää avaruusteollisuudessa.

Ihmisten kykyjen arsenaali on täydennetty hämmästyttävillä ja todellakin epätavallisilla teknologioilla. Olipa kerran ensimmäiset laitteet jotka työskentelivät sähkön parissa:

teki elämästämme mukavan yksinkertaistaen monien automaattisten laitteiden työtä,
niillä oli vain perustoimintoja, mutta ne vaikuttivat epätavallisen monimutkaisilta keksinnöiltä,
niistä tuli aikansa innovaatioita, jotka antoivat ihmisille mahdollisuuden pyrkiä uusiin keksintöihin.

Loputtoman avaruuden valloituksen jälkeen teknologian kehitys on saavuttanut täysin uuden tason. Investoinnin ansiosta ensimmäiset metallien tuotantoon erikoistuneet asemat rakennettiin suoraan asteroidien pinnalle.

Asemista tuli pieniä, niin sanottuja täysin automatisoituja tehtaita. He eivät käsitellyt vastaanotettuja komponentteja liikkeellä ollessaan, vaan lajittelivat materiaalit arvon ja jatkokäyttöön soveltuvuuden mukaan. Tämä päätös oli varsin kohtuullinen, koska prosessointia voitaisiin tarjota myös yksinkertaisemmilla, planeetalla yleisillä teknologioilla.

Robotiikan piti kehittyä nopeammin pysyäkseen muiden avaruuskeksintöjen tahdissa. Ideat, jotka perustuvat olemassa oleviin moderneihin vempaimiin, auttoivat tässä. Siksi robotit erottuivat sulavista liikkeistä, täysin ohjatusta käyttöliittymästä ja monista muista eduista.

Myös resurssien toimittaminen planeetallemme on helpottunut. Tämän vahvistavat viimeisimmät tutkimusmatkat. Tuloksena olevat metallit ovat tulos. Tiedemiehet saivat niistä ehjiä, käytännössä ehjiä, jopa louhinnan aikana, näytteitä useimmista metallurgian kehitykselle yleensä tärkeistä metalleista.

Asteroidit - metallin louhinnan lähde!

Tiedemiehet harkitsevat vakavasti kaivostoiminnan perustamista. On kätevintä tehdä tämä lähempänä lähdettä, toisin sanoen suoraan asteroidien pinnalla.

Asteroidien kehittäminen ja myöhemmät mahdollisuudet järjestää tehokas työ niiden kehittämiseksi on nykyaikaisen tuotannon päätehtävä. Tällaisilla hankkeilla varmistetaan eri spektrin ja tarkoituksen resurssien saaminen. On olemassa erityinen nimi - teollinen kehitys, joka luonnehtii prosessia saada hyötyjä vielä tutkimattomien esineiden tutkimuksesta avaruudessa.

Asteroidit eivät vain sovellu kaikkiin metallien ja muiden vastaavien aineiden uuttamiseen tarvittaviin töihin. Maan suhteellisessa läheisyydessä on kirjaimellisesti miljoonia avaruusobjekteja. Ja jos otamme huomioon asteroidivyön suuren pituuden, planeettamme aineiden tarjonta riittää useiksi sadoiksi vuosiksi. Jotkut avaruuskappaleet soveltuvat myös metallien louhintaan vahingoittamatta itse hyödyllisten mineraalien ja aineiden lähteitä.

Sellaisia kalliita metalleja kuin titaani ja nikkeli muodostuvat luonnostaan suotuisilla alueilla maan pinnalla. Avaruus ei ollut poikkeus ja tarjosi tutkijoille uusia työmahdollisuuksia.

Rautaa löytyy usein asteroidikivistä löytyvien materiaalien joukossa. Toisaalta sitä löytyy tarpeeksi suuria määriä planeetaltamme.

Mutta minkä tahansa tyyppiset mineraalit, jopa yleisimmät maapallolla, muodostavat perustan teollisuuden kehitykselle hallituksen tasolla. Mutta tällaiset lähteet eivät ole ikuisia, joten nyt kannattaa miettiä uusien ja vaihtoehtoisten resurssien hyödyntämismahdollisuuksien löytämistä. Tässä suhteessa tila on rajaton:

tutkijoille, jotka ottavat näytteitä kivistä löytääkseen paikkoja, joissa on runsaasti metalleja.
mitä tulee elementtien aiemmin tutkimattomien ominaisuuksien hallitsemiseen,
tuotannon apuelementtinä.

Jotkut tutkijat ovat jopa tehneet oletuksen asteroidien tutkimisen hyödyistä niiden koostumuksen suhteen. Sanotaan, että asteroidit sisältävät kaikki tarvittavat alkuaineet, jotka voivat jopa edistää veden ja hapen tuotantoa.

Myös asteroidikiven koostumuksessa olevat aineseokset on kyllästetty komponenteilla, joista voidaan uuttaa jopa vetyä. Ja tämä on jo vakava apu, koska tämä komponentti on rakettipolttoaineen tärkein "ainesosa".

Mutta tämä ala on vielä nuori, tutkimaton toimiala. Saman tason tuotannon perustaminen edellyttää:

lisäinvestoinneissa,
pätevä varojen sijoittaminen suoraan uuden teknologian tuotantoon,
saada apua muilta metallien jatkojalostukseen erikoistuneilta teollisuudenaloilta.

Hyvin jäsennelty työ, jota mukautetaan kaikilla tuotantotasoilla, vähentää lisäkustannuksia esimerkiksi rakettien polttoaineesta tai latausroboteista, mikä lisää kokonaistuloja.

Asteroidit ovat harvinaisten metallien aarreaitta!

Tällaisten hankkeiden hinnoittelupolitiikasta on tulossa yksinkertaisesti epärealistinen. Yksi, jopa suhteellisen pieni asteroidi, on vain jumalan lahja nykyaikaisille tekniikoille ja tiedemiehille. Robotit voivat joissakin tapauksissa jopa määrittää, mikä kivikerros erottaa ne halutusta löydöstä.

Summat, ja ne on karkeasti arvioitu biljoonissa. Siksi kaikki kustannukset ovat varmasti oikeutettuja, ja useaan kertaan. Metallien louhintatyöstä saatu voitto menee niiden jatkojalostukseen.

Suurin osa elementeistä esitetään puhtaassa muodossaan. Mutta joillekin vaaditaan apuliuosten ja seosten osallistumista, jotka muuttavat aineet haluttuun tilaan. On vaikea uskoa, mutta sellaista jalometallia kuin kultaa on riittävästi kaivostoimintaa varten.

He eivät tiedä, että suurin osa Maan ylemmissä kerroksissa olevasta kullasta on eräänlaisia jälkiä kerran pudonneista asteroideista. Ajan myötä planeetta ja niiden ilmasto-olosuhteet muuttuivat, maaperä muuttui ja asteroidien jäännökset pystyivät säilyttämään niiden sisältämät arvokkaat metallit.

Asteroidisateet vaikuttivat siihen, että raskaat aineet, mukaan lukien metallit, tottelivat painovoimaa ja upposivat lähemmäs planeetan ydintä. Niiden kehittäminen on vaikeutunut. Ja sen sijaan tiedemiehet ovat ehdottaneet, että on tarkoituksenmukaisinta investoida asteroidien kanssa työskentelemiseen, samalla tavalla kuin maapallolla kaivostoimintaa tehdään.

Tekniikan tulevaisuus on avaruudessa!

Evoluutio on tuonut ihmisen kehityksen huipulle ja antanut hänelle monia erilaisia keksintöjä. Mutta avaruuden aihetta ei vieläkään täysin paljastettu. Kuvittele kuinka paljon rahaa vaatisi kaivostyön saaminen itse asteroidin pinnalle.

Toinen tekijä, jonka vuoksi tämä projekti pysyi teoriassa pitkään, oli ongelma, joka ilmeni metallilastin toimittamisessa takaisin Maahan. Tällainen menettely voi viedä niin paljon aikaa, että jopa itse kehittämisestä tulisi merkityksetön ja erittäin kallis. Mutta tutkijat ovat löytäneet tien ulos samanlaisesta tilanteesta. Erikoisrobotit koottiin. Henkilön mekaanisten toimien avulla, jotka ovat suoraan yhteydessä yrityksen järjestelmään, hän voi ohjata liikkeitään pilaamatta arvokkaita näytteitä jo louhituista materiaaleista.

Robotin rakenteessa on lokero, johon kerätyt näytteet sijoitetaan. Sitten he menevät Maahan, jossa tutkijat suorittavat sarjan testejä, jotka osoittavat tämän asteroidin arvon siinä olevien hyödyllisten aineiden sisällölle.

Tällainen alustava tarkastus on tarpeen myös suuremman varmuuden vuoksi, että metallien louhintatyötä todella tarvitaan. Tällaisilla aloilla on todellakin aina mukana valtava määrä rahaa.

Tulevaisuuden teknologiat menneisyydestä!

Jopa tieteestä kaukana oleva ihminen ymmärtää, että planeettamme resurssit eivät ole rajattomat. Ja olemassa oleville hyödyllisille aineille, samoin kuin maan fossiileille, ei yksinkertaisesti löydy vaihtoehtoa.

Siksi moderni maailma kehittyy spontaanisti ja ylläpitää samalla rauhallista ja mitattua ihmisen elämäntahtia. Jokainen kokeilu heijastaa tiedemiehen olemusta, hänen loistavia töitään, ensimmäisiä onnistuneita kokeita.

Mutta muistetaan kuinka avaruuskuume alkoi. Ideoiden luoja oli erään tuolloin hyvin kuuluisan tieteiskirjailijan työ. Silloin se vaikutti yksinkertaiselta keksinnöltä, - nyt siitä on tullut täysin tavallinen todellisuus, joka kiinnittää tutkijoiden huomion, jotka pyrkivät tuomaan teoreettisia ideoitaan ihmiskunnan hyödyttäviin käytännön sovelluksiin.

Tekniikat ovat kalliita, eikä ole helppoa löytää arvokkaita sijoittajia, jotka ovat valmiita riskeeraamaan paljon positiivisen tuloksen eteen. Mutta tulevaisuuden hankkeita on kehitettävä ja tuotava tuotantoon jo nyt.

Riippumatta siitä, mitä tiedemiehet sanovat, on tullut aika harvinaisten, kalliiden metallien täysimittaiselle louhinnalle suoraan avaruudesta.

Innovaatio vaatii:

aikatarkastukset,
pätevä tuotannon organisointi,
tutkia mahdollisuuksia toisiinsa liittyvien toimialojen kanssa, jotka voivat tehdä keskinäistä yhteistyötä keskenään.

Ilman investointeja ei tule tuottoa, edes minimitasolla seuraa itse työprosessin organisointi ja vasta sitten - tulos, jota toivoit.

Miten asteroidit syntyivät?

Jos tiedemiehet voivat määrittää suotuisat olosuhteet, joissa asteroideja muodostuu, niin tällaisia hyödyllisiä lähteitä voidaan luoda keinotekoisesti laboratorioiden avulla tai suoraan avaruuden laajuudessa. Asteroidien tiedetään olevan alkuperäinen materiaali, joka jäi jäljelle aurinkokuntamme muodostumisen jälkeen. Ne ovat kaikkialla. Jotkut asteroidit lentävät hyvin lähellä aurinkoa, toiset kulkevat samoilla kiertoradoilla muodostaen kokonaisia asteroidivyöhykkeitä. Jupiterin ja suhteellisen lähellä sitä olevan Marsin välissä on suurin asteroidijoukko.

Ne ovat erittäin arvokkaita resurssien kannalta. Asteroidien tutkiminen eri näkökulmasta antaa sinun analysoida niiden rakennetta ja edistää:

perustan luominen lisäavaruustutkimukselle,
houkutella uusia investointeja tälle alalle,
erikoislaitteiden kehittäminen, jotka voisivat toimia monenlaisissa olosuhteissa.

Metallien louhiminen asteroideilla on paljon helpompaa, koska ne jakautuvat avaruusobjektin koko pinnalle. Jopa arvokkaimpien ja kalleimpien metallien pitoisuus on yhtä suuri kuin maapallolla vain runsaissa esiintymissä. Kiinnostus tämäntyyppisiä töitä kohtaan kasvaa niiden merkityksen vuoksi joka päivä.

Astronautit pystyivät tekemään mahdottoman teknologisen läpimurron teknisten kykyjen alalla. Ensimmäiset asteroidien pinnalta otetut näytteet:

antoi tutkijoille yleiskäsityksen asteroidien rakenteesta,
auttoi nopeuttamaan tuotantoaan,
uusia lähteitä metallien saamiseksi.

Lähitulevaisuudessa tämän tason teknologiat nousevat pääsijalle tuotannossa. Jos kuvittelemme, jopa puhtaasti teoreettisesti, että asteroidien varannot ovat rajattomat, ne voivat tukea koko planeetan taloutta, jolloin se voi kehittyä useita kertoja nopeammin.

Vaikuttaa siltä, mihin muuhun pitäisi pyrkiä, kun ihminen on voittanut kosmiset avaruudet? Mutta käytännössä kaikkea asteroidien ja muiden avaruudessa esiintyvien esineiden hyödyllisiä ominaisuuksia ei ole tutkittu täysin. Eli jätteetön tuotanto on mahdollista. Jokainen tämän ketjun elementti ei ole olemassa ilman edellisen vaikutusta. Tämä lähestymistapa on erityisen tärkeä, kun olemme tekemisissä metallien kanssa. Niiden rakenne on riittävän vahva, mutta jos niiden louhinnalle ja hyödyntämiselle ei noudateta oikeita olosuhteita, arvokas luonnonvara voi huonontua.

Avaruudesta tulevat metallit ovat aikamme jokapäiväistä todellisuutta. Suunnitteilla on uusia projekteja, joiden perustana on meille elintärkeän veden ja hapen tuotanto.