Жакында эле аэрокосмостук материалдарды изилдөө институтунда иштеген эски классташым менен кечки тамактандым. Алардын акыркы долбоорлору жөнүндө сүйлөштүк, ал мага сырдуу түрдө: «Азыр бизди кайсы жаңы материал көбүрөөк кызыктырып жатканын билесиңби? Ишенбешиңиз мүмкүн – бул майда жашыл кумга окшош порошок», – деди. Менин таң калган жүзүмдү көрүп, ал жылмайып, кошумчалады: «Жашыл кремний карбидинин микро-порошогу", бул тууралуу уктуңуз беле? Бул нерсе аэрокосмос тармагында кичинекей төңкөрүшкө алып келиши мүмкүн." Чынын айтсам, башында мен күмөн санадым: майдалоочу дөңгөлөктөрдө жана кесүүчү дисктерде көп колдонулган абразивдүү материал кантип татаал аэрокосмос өнөр жайы менен байланыштуу болушу мүмкүн? Бирок ал андан ары түшүндүргөндөй, мен ойлогондон да көп нерсе бар экенин түшүндүм. Бүгүн, келгиле, ушул тема жөнүндө сүйлөшөлү.
I. Бул "келечектүү материал" менен таанышуу
Жашыл кремний карбиди негизинен кремний карбидинин (SiC) бир түрү болуп саналат. Кадимки кара кремний карбидине салыштырмалуу анын тазалыгы жогору жана кошулмалары аз, ошондуктан анын уникалдуу ачык жашыл түсү бар. Ал эмне үчүн "микропорошок" деп аталат дегенге келсек, ал анын өтө кичинекей бөлүкчөлөрүнүн өлчөмүн билдирет, адатта бир нече микрометрден ондогон микрометрге чейин - адамдын чачынын диаметринин ондон бир бөлүгүнөн жарымына чейин. "Анын азыркы абразивдик өнөр жайда колдонулушу сизди алдабасын", - деди классташым, - "чындыгында ал эң сонун касиеттерге ээ: жогорку катуулук, жогорку температурага туруктуулук, химиялык туруктуулук жана жылуулук кеңейүүсүнүн төмөн коэффициенти. Бул мүнөздөмөлөр аэрокосмостук тармак үчүн дээрлик ылайыкташтырылган".
Кийинчерээк мен бир аз изилдөө жүргүзүп, бул чындыгында чындык экенин аныктадым. Жашыл кремний карбидинин катуулугу алмаз жана кубдук бор нитридинен кийинки экинчи орунда турат; абада ал кычкылданбай 1600°C тегерегиндеги жогорку температурага туруштук бере алат; ал эми анын жылуулук кеңейүү коэффициенти кадимки металлдардын төрттөн биринен үчтөн бирине чейин гана. Бул сандар бир аз кургак сезилиши мүмкүн, бирок материалдардын иштөө талаптары өтө катуу болгон аэрокосмос тармагында ар бир параметр эбегейсиз баалуулукту алып келиши мүмкүн.
II. Салмакты азайтуу: Космос кемесинин түбөлүк умтулуусу
"Аэрокосмос үчүн салмакты азайтуу ар дайым маанилүү", - деп билдирдиаэрокосмостукинженер мага айтты. "Үнөмдөлгөн ар бир килограмм салмак бир топ көлөмдөгү күйүүчү майды үнөмдөөгө же пайдалуу жүктү көбөйтүүгө мүмкүндүк берет". Салттуу металл материалдары салмакты азайтуу жагынан өз чегине жеткен, ошондуктан баарынын көңүлү табигый түрдө керамикалык материалдарга бурулган. Жашыл кремний карбиди менен бекемделген керамикалык матрицалык композиттер эң келечектүү талапкерлердин бири. Бул материалдардын тыгыздыгы, адатта, куб сантиметрге 3,0-3,2 граммды гана түзөт, бул болоттон бир топ жеңил (куб сантиметрге 7,8 грамм) жана титан эритмелерине караганда (куб сантиметрге 4,5 грамм) айкын артыкчылыкка ээ. Эң негизгиси, ал салмакты азайтуу менен бирге жетиштүү бекемдикти сактайт.
«Биз кыймылдаткычтын корпустары үчүн жашыл кремний карбидинин композиттерин колдонууну изилдеп жатабыз», - деп билдирди аэрокосмостук кыймылдаткычтын дизайнери. «Эгерде биз салттуу материалдарды колдонсок, бул компоненттин салмагы 200 килограммды түзөт, бирок жаңы композиттик материал менен аны 130 килограммга чейин азайтууга болот. Бүтүндөй кыймылдаткыч үчүн бул 70 килограммдык азайтуу олуттуу». Андан да жакшысы, салмакты азайтуу эффектиси каскаддуу. Жеңил конструкциялык компоненттер домино эффектиси сыяктуу колдоочу конструкциялардагы салмакты тиешелүү түрдө азайтууга мүмкүндүк берет. Изилдөөлөр көрсөткөндөй, космостук кемелерде конструкциялык компоненттин салмагынын 1 килограммга азайышы акыры система деңгээлиндеги салмактын 5-10 килограммга азайышына алып келиши мүмкүн.
III. Жогорку температурага туруктуулук: кыймылдаткычтардагы "стабилизатор"
Аба кыймылдаткычтарынын иштөө температурасы тынымсыз жогорулап баратат; өнүккөн турбовентилятор кыймылдаткычтарынын азыр турбинанын кирүүчү температурасы 1700°C ашкан. Бул температурада көптөгөн жогорку температуралуу эритмелер да бузула баштайт. «Кыймылдаткычтын ысык секциялык компоненттери учурда материалдын иштөө чегин кеңейтип жатат», - деди изилдөө институтундагы классташым. «Бизге андан да жогорку температурада туруктуу иштей ала турган материалдар шашылыш түрдө керек». Жашыл кремний карбидинин композиттери бул жаатта чечүүчү ролду ойной алат. Таза кремний карбиди инерттүү чөйрөдө 2500°C жогору температурага туруштук бере алат, бирок абада кычкылдануу анын колдонулушун 1600°C тегерегинде чектейт. Бирок, бул дагы эле көпчүлүк жогорку температуралуу эритмелерге караганда 300-400°C жогору.
Андан да маанилүүсү, ал жогорку температурада жогорку бекемдикти сактайт. "Металл материалдар жогорку температурада "жумшарып", олуттуу жылышууларды көрсөтөт", - деп түшүндүрдү материалдарды сыноо боюнча инженер. "Бирок кремний карбидинин композиттери бөлмө температурасындагы бекемдигинин 70% дан ашыгын 1200°C температурада сактай алат, бул металл материалдары үчүн абдан кыйын". Учурда айрым изилдөө институттары колдонууга аракет кылып жатышатжашыл кремний карбидиКомпозиттик материалдарды колдонуу менен айланбай турган компоненттерди, мисалы, соплолордун жетектөөчү канатчаларын жана күйүү камерасынын каптамаларын өндүрүүгө болот. Эгерде бул колдонмолор ийгиликтүү ишке ашырылса, кыймылдаткычтардын түртүү күчү жана натыйжалуулугу андан ары жакшырат деп күтүлүүдө. IV. Жылуулук башкаруу: жылуулукту "баш ийүү"
Аэрокосмостук кемелер космосто өтө катуу жылуулук чөйрөлөрүнө туш болушат: күнгө караган тарабы 100°Cден ашып кетиши мүмкүн, ал эми көлөкөлүү тарабы -100°Cден төмөн түшүшү мүмкүн. Бул чоң температура айырмасы материалдар жана жабдуулар үчүн олуттуу кыйынчылык жаратат. Жашыл кремний карбидинин абдан жагымдуу мүнөздөмөсү бар - эң сонун жылуулук өткөрүмдүүлүгү. Анын жылуулук өткөрүмдүүлүгү кадимки металлдарга караганда 1,5-3 эсе жана кадимки керамикалык материалдарга караганда 10 эседен ашык. Бул анын ысык жерлерден муздак жерлерге жылуулукту тез өткөрүп, жергиликтүү ысып кетүүнү азайта аларын билдирет. "Биз спутниктердин жылуулук башкаруу системаларында жашыл кремний карбидинин композиттерин колдонууну карап жатабыз", - деди аэрокосмостук дизайнер, "мисалы, бүт системанын температурасын бирдей кылуу үчүн жылуулук түтүктөрүнүн каптамасы же жылуулук өткөргүч субстраттар катары колдонууну карап жатабыз".
Мындан тышкары, анын жылуулук кеңейүү коэффициенти өтө кичинекей, болгону 4×10⁻⁶/℃, бул алюминий эритмесинин бештен бир бөлүгүнө барабар. Анын өлчөмү температуранын өзгөрүшүнө жараша дээрлик өзгөрбөйт, бул өзгөчөлүк аэрокосмостук оптикалык системаларда жана так тегиздөөнү талап кылган антенна системаларында өзгөчө баалуу. «Элестетип көргүлөчү», - деп мисал келтирди дизайнер, - «орбитада иштеген чоң антеннаны элестетип көрүңүз, анын күн тийген жана көлөкөлүү тараптарынын ортосунда жүздөгөн градус Цельсий температура айырмасы бар. Эгерде салттуу материалдар колдонулса, жылуулук кеңейиши жана кысылышы структуралык деформацияга алып келип, багыттоо тактыгына таасир этиши мүмкүн. Эгерде аз кеңейүүчү жашыл кремний карбидинин композиттик материалдары колдонулса, бул көйгөйдү бир топ жеңилдетүүгө болот».
V. Жашыруундук жана коргоо: жөн гана "каршы туруудан" да көп нерсе
Заманбап аэрокосмостук унаалар жашыруун иштөөгө барган сайын жогорку талаптарды коюп жатышат. Радардын жашыруун иштөөсүнө негизинен форманы долбоорлоо жана радарды сиңирүүчү материалдар аркылуу жетишилет, ал эми жашыл кремний карбиди да бул жаатта башкарылуучу потенциалга ээ. "Таза кремний карбиди жарым өткөргүч болуп саналат жана анын электрдик касиеттерин легирлөө аркылуу тууралоого болот", - деп тааныштырды функционалдык материалдар боюнча адис. "Биз белгилүү бир жыштык диапазонунда радар толкундарын сиңирүү үчүн өзгөчө каршылыгы бар кремний карбидинин композиттик материалдарын иштеп чыга алабыз". Бул аспект дагы эле изилдөө баскычында болсо да, кээ бир лабораториялар X-диапазонунда (8-12 ГГц) жакшы радарды сиңирүүчү көрсөткүчтөргө ээ кремний карбидине негизделген композиттик материалдын үлгүлөрүн чыгарышты.
Мейкиндикти коргоо жагынан алганда, катуулуктун артыкчылыгыжашыл кремний карбидида айкын көрүнүп турат. Космосто көптөгөн микрометеориддер жана космостук таштандылар бар. Ар биринин массасы өтө аз болгону менен, алардын ылдамдыгы өтө жогору (секундасына ондогон километрге чейин), натыйжада сокку энергиясы өтө жогору. "Биздин эксперименттер жашыл кремний карбидинин композиттик материалдары ошол эле калыңдыктагы алюминий эритмелерине салыштырмалуу жогорку ылдамдыктагы бөлүкчөлөрдүн соккусуна 3-5 эсе туруктуу экенин көрсөтүп турат", - деди космосту коргоо боюнча изилдөөчү. "Эгерде келечекте космос станцияларынын же терең космостук зонддордун коргоочу катмарларында колдонулса, ал коопсуздукту бир топ жакшырта алат".
Аэрокосмостук өнүгүү тарыхы, кандайдыр бир мааниде, материалдык прогресстин тарыхы. Жыгачтан жана кенептен алюминий эритмелерине, андан кийин титан эритмелерине жана композиттик материалдарга чейин, ар бир материалдык инновация учактардын иштөөсүндө секирик жасады. Балким, жашыл кремний карбидинин порошогу жана анын композиттик материалдары кийинки секирик үчүн маанилүү кыймылдаткыч күчтөрдүн бири болот. Лабораторияларда тырышчаактык менен изилдеп, заводдордо мыктылыкка умтулуп жаткан материал окумуштуулары асмандын келечегин акырын өзгөртүп жатышы мүмкүн. Ал эми кадимкидей көрүнгөн бул материал, алардын колундагы "сыйкырдуу порошок" болушу мүмкүн, ал адамзатка бийик, алыс жана коопсуз учууга жардам берет.