Ржавеет ли металл в космосе. Металлы для космических технологий. Что добывать в космосе

Ржавеет ли металл в космосе. Металлы для космических технологий. Что добывать в космосе

Металлы в космосе

Каждая отрасль техники по мере своего развития предъявляет все более разнообразные и высокие требования к металлам. Но наиболее ответственные требования предъявляются к металлам для спутников и космических кораблей — в них должны сочетаться лучшие механические, химические и физические свойства.

Трудно предугадать, как поведет себя в условиях космического пространства тот или иной материал. А точное знание этого чрезвычайно важно конструкторам космических кораблей. В свете последних космических достижений СССР и США особенно актуальными становятся проблемы космического металловедения. Ученых интересует поведение металлов и сплавов в космических условиях, волнует задача обеспечения металлическими материалами космической промышленности. А ведь требования к материалам для космических и реактивных аппаратов весьма разнообразны и высоки. Кроме температурной (высокие и сверхнизкие температуры) и термоциклической стойкости, тут требуется герметическая плотность в условиях абсолютного вакуума (10-16 ат), стойкость против вибрации, больших ускорений (в десятки тысяч раз больше ускорения силы тяжести), метеоритной бомбардировки, длительного воздействия плазмы, излучения, невесомости, теплостойкости и т. д.

Советские ученые Е. А. Духовской, В. С. Онищенко, А. Н. Пономарев, А. А. Силин, В. Л. Тальрозе обнаружили явление сверхнизкого трения твердых тел.


Металлы в космосе

Исследователи обнаружили, что при облучении потоком ускоренных атомов гелия поверхности полимерного тела, например полиэтилена, трущегося в вакууме вместе с металлом, наблюдается переход от обычного трения к сверхнизкому. При этом коэффициент трения составляет тысячные доли. Во время эксперимента этот эффект сохранялся в широком диапазоне скоростей и больших удельных нагрузок. Использование этого явления открывает широкие перспективы для повышения долговечности и надежности машин и приборов, работающих в вакууме, открытом космическом пространстве.

В ходе космических исследований на Луне обнаружены месторождения ценных полезных ископаемых — железа, марганца, титана и других руд. При анализе лунного грунта обнаружены новые минералы и железо, которое не поддается окислению даже в земных условиях. Для космических рейсов — строительства стартовых площадок, ракет-носителей и самих космических кораблей — понадобится много металла.

Создание на Земле таких условий, как невесомость, глубокий вакуум, высокие и низкие температуры, потоки проникающей радиации, весьма трудно и дорого. С развитием общества возникает необходимость вынести в космос, например на орбиты спутников Земли, части технических комплексов.

Летчик-космонавт СССР Виктор Горбатко рассказал корреспондентам: «Применяя термин «производство в космосе», нельзя использовать земные масштабы. Это очевидно. Объем и вес выпускаемой продукции будет ограничен. Но уникальные особенности доставленной с орбитальной станции на Землю продукции с лихвой окупят затраты».

В качестве примера В. Горбатко приводит пенистые материалы. На Земле под тяжестью расплавленного металла газ выделяется из расплава. А в космосе в условиях невесомости можно получить пенистую сталь, легкую, как дерево, и прочную, как обычная сталь. Пенистая сталь очень нужна создателям будущих космических объектов.

Эксперимент «универсальная печь», проведенный в совместном полете «Союза» и «Аполлона», позволяет в известной мере оценить практические возможности создания внеземного производства. Разрабатываются проекты собираемых в космическом пространстве орбитальных станций-заводов.

Автор многих смелых проектов и идей докт. техн. наук профессор Г. И. Покровский полагает, что вполне возможно организовать в космосе относительно недорогое «доменное хозяйство». Сырьем для производства будет служить вся солнечная система с ее бесчисленными метеорами и мелкими астероидами. Энергию для небесных агрегатов будут накапливать солнечные батареи, а безупречный космический вакуум позволит применять самую современную технологию.

Сырье — пойманный метеор — удерживается захватом. Импульсный источник света, подключенный к солнечной батарее, возбуждает квантовый генератор. Луч этого лазера испаряет вещество метеорного тела. Высокотемпературная плазма увлекается электрическим полем и концентрируется в виде струи магнитной линзой. В магнитном спектрографе плазменный поток разлагается на струи ионов различных веществ. Затем нужный металл — железо, кобальт, никель — конденсируется, образуя постепенно растущий стержень. Полученные шлаки выбрасываются для перемещения и ориентации агрегата в пространстве.

Металлические стержни шлифуются, разрезаются и выбрасываются в космос с заданной скоростью. Их назначение — служить строительным материалом при создании орбитальных станций в околоземном пространстве нашей солнечной системы. Приварку стержня к свободно парящей ферме осуществит солнечная энергия.

Конечно, сейчас можно спорить о технологических деталях будущей космической металлургии, одно бесспорно — такая металлургия может существовать.

Сложная загадка легкого металла: откуда в космосе столько лития?

В наши дни литий есть везде. Еще в середине 19 века этот мягкий, серебристо-белый металл был лекарством. Врачи лечили с его помощью психиатрические расстройства вроде маний. Даже сегодня этот металл используется в качестве лекарства от биполярного расстройства. Но для многих людей литий также стал синонимом батарей и аккумуляторов. Это важный ингредиент, благодаря которому работают ваши телефоны, ноутбуки и другие портативные устройства. С развитием гибридных и электрических автомобилей, рынок этого металла только растет; к 2025 году он утроится в объемах, считают в Goldman Sachs.

Большая часть мировых запасов лития находится в Южной Америке и по большей части в отложениях под сухими озерами в высокогорных районах Анд. Но литий существовал здесь гораздо дольше, чем любая гора или даже сама Земля. Более того, литий является одним из исходных, первичных элементов — наряду с водородом и гелием — которые появились в результате Большого Взрыва 13,8 миллиарда лет назад.

История лития долгая и окутана тайной. В период после Большого Взрыва большая часть образованного лития пропала без вести. Более того, когда астрономы смотрят на современную Вселенную, они находят дополнительный литий: примерно в четыре раза больше, чем должно было появиться в результате Большого Взрыва.

Более десяти лет ученые пытались выяснить, откуда взялся этот лишний литий. И благодаря последним открытиям поиск таинственных космических фабрик по производству лития может, наконец, завершиться.

В космосе больше лития, чем было создано в процессе Большого Взрыва

Кислород, которым мы дышим, и железо в вашей крови — большинство элементов в вашем теле были выкованы в ядерных топках звезд. Как сказал астроном Карл Саган, «мы сделаны из звездного материала».

И все же элементы потяжелее — вроде титана, который часто используется в велосипедах, — требуют чего-то более жестокого. Большинство из них производились в ядерных реакциях во время взрывной гибели массивных звезд. Некоторые металлы — такие как золото, возможно, были рождены в сильных столкновениях нейтронных звезд, сверхплотных ядер мертвых звезд.

Но самые базовые элементы были сделаны в первые три минуты после Большого Взрыва. Ранняя Вселенная была горячим супом из плазмы, и по мере остывания и расширения она коагулировала в основном в виде атомов водорода и гелия, двух простейших и самых распространенных элементов, ядра которых состоят из одного и двух протонов соответственно.

Большой Взрыв также произвел следы тяжелой версии водорода — дейтерия — ядро которого несет в себе дополнительный нейтрон вместо единственного протона — и более легкую версию гелия, ядро которого включает один нейтрон, а не два. Также Большой Взрыв оставил после себя небольшие количества лития.

Вот и всё. Через три минуты Вселенная слишком остыла, чтобы сформировались другие элементы.

И хотя это произошло 13,8 миллиарда лет назад, ученые прекрасно представляют и понимают ядерные реакции, которые произвели эти первые элементы. Спутники вроде WMAP и Планка осуществили точные измерения ранней Вселенной и позволили ученым точно рассчитать, сколько должно было быть произведено каждого элемента и изотопа.

Читать еще:  Пожелания при уходе на пенсию мужчине. Прикольные поздравления мужчине с выходом на пенсию.

Некоторые металлы могли родиться в процессе столкновений нейтронных звезд

Но когда ученые сравнивают свои расчеты с тем, что наблюдают, далеко не все совпадает. «Дейтерий в порядке. Гелий тоже», говорит Брайан Филдс, астрофизик Университета штата Иллинойс в США. «Только литий выбивается».

И выбивается очень сильно. Лития в три раза больше, чем должно быть, и это расхождение назвали «проблемой первичного лития». Впервые недостающий литий космологи подметили 20 лет назад и с тех пор пытаются подобрать подходящее объяснение.

Возможно, предполагают ученые, некие неизвестные процессы внутри звезд уничтожили древний литий. Или объяснение может включать совершенно новую физику. Например, взаимодействия с темной материей, неизвестным веществом, из которого состоит четверть космоса, каким-то образом могли уничтожить литий в ранней Вселенной.

И хотя в ранних эпохах, кажется, лития недоставало, в современном космосе его даже слишком много. Астрономы обнаружили относительно обильные количества лития на поверхности молодых звезд, которые образовались сравнительно недавно, а также в метеорах в Солнечной системе. Существует примерно в четыре раза больше лития, чем было произведено в результате Большого Взрыва — в галактике его насобиралось бы на 150 солнечных масс.

Должно быть что-то, что произвело этот избыток лития и разбросало его в космосе, где он постепенно стал включаться в зарождающуюся Солнечную систему и миллиарды лет спустя в батареи вашего мобильного телефона. Вопрос лишь в том, что?

Один из вариантов — космические лучи: высокоэнергетические частицы, по большей части протоны, которые пронизывают космос. В процессе этого космические лучи могут сталкиваться с блуждающими атомами, например, кислорода. Это столкновение разрушает атом кислорода на куски, превращая его в поток мелких элементов, в том числе и литий.

Хотя этот процесс, скорее всего, происходит по всей галактике, как говорит Филдс, расчеты показывают, что эти столкновения могут объяснить не больше 20% наблюдаемого лития. Еще 20% можно связать с Большим Взрывом. 60% остается без объяснения.

Часть этих 60% может исходить от определенного типа звезд, которые называются асимптотической ветвью гигантов (АВГ). Это звезды с небольшой и средней массой — не больше 10 солнечных — которые уже почти отжили свое. Ядерные реакции внутри этих звезд производят литий, который затем может подняться на поверхность. Неясно только, сколько лития выбрасывается и распространяется по всей галактике.

И есть еще звездные взрывы, которые называются новыми. В отличие от сверхновых, их более крупных и мощных аналогов, новые не являются прямым результатом смертей звезд. Эти более умеренные взрывы происходят на поверхности белого карлика, маленького трупа звезды типа Солнца.

Два плотных белых карлика

Если белый карлик оказывается на орбите другой звезды, гравитация белого карлика может забирать водород и другие материалы у своего партнера. Слои материала накапливаются на поверхности белого карлика. Это приводит к росту температуры и давления, что в конечном итоге вызывает термоядерный синтез — и ядерные реакции, которые производят литий.

Ядерный синтез еще больше повышает температуру, что приводит к большему числу термоядерных реакций. Очень скоро слои материала взрываются, что на Земле видят как яркую звезду: сверхновую.

В результате взрыва материал — в том числе и литий — выбрасываются в космос со скоростью в несколько тысяч километров в секунду. Поэтому новые лучше распространяются материал, чем звезды АВГ, говорит Лука Иццо, астроном Института астрофизики Андалусии в Испании.

В течение многих лет астрономы пытались определить, какой из этих трех процессов — космические лучи, звезды АВГ или новые звезды — может производить большую часть лития. «Мы знаем, что все эти процессы определенно производят литий», говорит Филдс. «Вопрос в том, производят ли они его одинаково или какой-то преобладает? Спор на эту тему ведется уже очень долго».

Говоря о новых, ученые впервые подумали о них как о возможных фабриках лития около 40 лет назад. В середине 1990-х годов были проведены точные расчеты, которые поддержали эту гипотезу, но все равно она остается сугубо теоретической, не подтвержденной наблюдениями. Много лет никто не мог увидеть производство лития с помощью новой звезды. Но в начале 2015 года это изменилось.

Вооружившись новыми продвинутыми инструментами и методами, две группы астрономов в Японии и Европе, наконец, обнаружили литий в новых. Это открытие не только подтвердило, что новые действительно производят литий, но и что делают это очень шустро — возможно, достаточно, чтобы объяснить с их помощью большую часть галактического лития.

«Результаты, когда я их увидел, были совершенно поразительными», говорит Самнер Старфилд, астрофизик Университета штата Аризона, один из первых, кто начал изучать потенциал производства лития в новых в конце 1970-х годов.

И вот в 2015 году группа под руководством Акито Тадзицу из Национальной астрономической обсерватории Японии нашла бериллий в новой звезде. Это был верный признак того, что новые производят литий, поскольку бериллий распадается именно на литий.

Это в общей сложности четыре новых звезды с признаками производства лития, одна из которых была подтверждена двумя независимыми командами. «Эксперты по спектроскопии также получили аналогичные результаты», говорит Хорди Хосе, астрофизик Технического университета Каталонии в Испании. «Это уже о чем-то да говорит».

«Им удалось захватить новую в процессе работы сразу же после взрыва и они смогли измерить материал, которые был извергнут непосредственно», говорит Филдс. «Тонны лития».

На самом деле, говорит Иццо, новая звезда, которую наблюдала его команда, производит так много лития, что две аналогичных новых в год могли создать весь наблюдаемый в галактике литий. Это предварительная оценка, и астрономы должны изучить другие новые звезды, чтобы уточнить и подтвердить измерения.

Тем не менее любые данные идут на пользу. «С помощью этих измерений мы начинаем зондировать истину», говорит Филдс. Ученые вроде Старфилда и Хосе, теоретики, которые десятками лет голодали без данных, теперь планируют повторить свои расчеты и модели и сравнить их с новыми наблюдениями. «Теперь игра началась», говорит Хосе.

Чтобы было ясно, эти работы не решают проблему первичного лития — загадку, почему в ранней Вселенной было так мало этого металла. Но новые открытия грядут.

«Поскольку теперь мы лучше понимаем вторичные процессы производства лития — как живые и мертвые звезды его делают — это помогает нам распутывать историю лития в нашей галактике, сколько его было рождено и в какой момент к картине стали добавляться новейшие источники лития», говорит Филдс.

Ученые надеются раскрыть полную историю этого скромного металла, без которого не могут наши технологии. Подумать только: какой длинный путь, наряду с водородом и кислородом, прошел этот легчайший и такой важный для нас металл.

Полезные ископаемые в космосе

Астероиды – это начальный материал, оставшийся после образования Солнечной Системы. Они распространены везде: некоторые пролетают совсем близко к Солнцу, другие обнаружены неподалеку от орбиты Нептуна. Огромное количество астероидов собрано между Юпитером и Марсом – они формируют так называемый Пояс астероидов. На сегодняшний день было обнаружено около 9000 объектов, проходящих рядом с орбитой Земли.

Многие из таких астероидов находятся в зоне доступа и многие же содержат огромные запасы ресурсов: начиная от воды, заканчивая платиной. Их использование даст практически бесконечный источник, который установит стабильность на Земле, увеличит благосостояние человечества, а также создаст основу для присутствия и исследования космоса.

Читать еще:  Подписание и обнародование федеральных законов осуществляет. Обнародование закона

Невероятные ресурсы

Существует более 1500 астероидов, до которых также легко добраться, как и до Луны. Их орбиты пересекаются с орбитой Земли. Такие астероиды обладают небольшой силой тяжести, что облегчает задачи посадки и взлета.

Ресурсы астероидов обладают рядом уникальных особенностей, что делает их еще более привлекательными. В отличие от Земли, где тяжелые металлы расположены ближе к ядру, металлы на астероидах распределены по всему объекту. Таким образом, извлекать их намного легче.

Астероиды содержат драгоценные и полезные минералы, например, железо, никель, воду, МПГ, золото. Зачастую их концентрации могут сравниться с концентрациями на богатейших месторождениях Земли.

Человечество только начинает понимать невероятный потенциал астероидов. Первый контакт космического аппарата с одним из них произошел в 1991 году, когда аппарат «Галилео» пролетел рядом с астероидом Гаспра на его пути к Юпитеру. Наше знание таких небесных соседей было революционизировано немногочисленными международными и американскими миссиями, предпринятыми с тех пор. Во время каждой из них наука об астероидах заново переписывалась.

Об открытии и количестве астероидов

Миллионы астероидов пролетают мимо орбит Марса и Юпитера, чьи гравитационные пертурбации выталкивают некоторые объекты ближе к Солнцу. Таким образом и появился класс околоземных астероидов.

Когда говорят об астероидах, большинство людей представляют именно их Пояс. Миллионы объектов составляющих его, образуют похожий на кольцо район меду орбитами Марса и Юпитера. Несмотря на то, что эти астероиды очень важны с точки зрения понимания истории возникновения и развития Солнечной Системы, по сравнению с околоземными, добраться до них не так легко.

Околоземные астероиды определяются как астероиды, чья орбита или ее часть находится в промежутке от 0,983 до 1,3 астрономических единиц от Солнца (1 астрономическая единица – расстояние от Земли до Солнца).

На 1960 год было известно лишь о 20 околоземных астроидах. К 1990 году число выросло до 134, а на сегодняшний день их количество оценивается в 9000 и растет все время. Ученые уверены, что на самом деле их более миллиона. Среди наблюдаемых сегодня астероидов 981 из них больше 1 км в диаметре, остальные – от 100 м до 1 км. 2800 – меньше 100 м в диаметре.

Околоземные астероиды классифицируются на 3 группы в зависимости от их расстояния от Солнца: Атоны, Аполлоны и Амуры.

Два околоземных астероида посещались космическими аппаратами-роботами: миссия НАСА посетила астероид 433 Эрос, а японская «Hayabusa» астроид 25143 Итокава. В настоящее время НАСА работает над миссией «OSIRIS-Rex», цель которой – полет к углеродному астероиду 1999 RQ36 в 2019 году.

Состав астероидов

Околоземные астроиды широко варьируются по своему составу. Каждый их низ в различных количествах содержит воду, металлы и углеродистые материалы.

Вода с астероидов – это ключевой ресурс в космосе. Воду можно превратить в ракетное топливо или снабжать ей людские нужды. Кроме того, она может кардинальным образом изменить способ исследования космоса. Один богатый водой астероид шириной 500 м содержит в 80 раз больше воды, чем может поместиться в самый крупный танкер, а если ее превратить в топливо для космических аппаратов, то получится в 200 раз больше, чем требовалось для запуска всех ракет в истории человечества.

Однажды получив доступ, научившись добывать, извлекать и использовать водные ресурсы астероидов, добыча на них металлов станет намного реальнее. Некоторые околоземные объекты содержат МПГ в таких высоких концентрациях, какими могут похвастаться лишь богатейшие земные рудники. Один богатый платиной астероид шириной 500 м содержит почти в 174 раза больше этого металла, чем добывается на Земле в год и в 1,5 раза больше всех известных мировых запасов МПГ. Такого количества достаточно для того, чтобы заполнить баскетбольную площадку на 4 раза выше кольца.

Астроиды также содержат более распространенные металлы, например, железо, никель, кобальт. Иногда в невероятных количествах. Кроме того, на них можно встретить летучие вещества, например, азот, CO, CO2 и метан.

Использование астероидов

Вода – важнейший элемент Солнечной Системы. Для космоса вода, помимо своей критической гидратационной роли, предоставляет и другие важные преимущества. Она может защитить от солнечной радиации, использоваться в качестве топлива, давать кислород и т.д. На сегодняшний день, вся вода и связанные с ней ресурсы, необходимые для космических полетов, транспортируются с поверхности Земли по безмерно высоким ценам. Среди всех ограничений на человеческую экспансию в космос, это самое важное.

Вода – ключ к Солнечной Системе

Воду с астероидов можно как конвертировать в ракетное топливо, так и поставлять в специальные хранилища, расположенные в стратегических местах на орбите для заправки космических кораблей. Такой вид топлива, поставляемый и продаваемый, даст огромный толчок к развитию космических полетов.

Вода с астероидов может значительно сократить затраты на космические миссии, поскольку все они зависят, в первую очередь, от топлива. Например, намного более выгодно транспортировать литр воды с одного из астероидов на орбиту Земли, чем доставить этот же литр с поверхности планеты.

На орбите воду можно использовать для заправки спутников, увеличения грузоподъемности ракет, обслуживания орбитальных станций, предоставлять защиту от радиации и т.д.

Богатый водой астероид шириной 500 м обладает водой стоимостью $50 миллиардов. Ее можно доставить на специальную космическую станцию, где будут заправлять аппараты для полетов в дальний космос. Это весьма эффективно даже при скептических предположениях, что: 1. Извлекаться будет всего 1% воды, 2. Половина добытой воды будет использовать при доставке, 3. Успешность коммерческих космических полетов приведет к 100-кратном снижению стоимости запуска ракет с Земли. Конечно, при не столь консервативном подходе, ценность астероидов вырастет на многие триллионы или даже десятки триллионов долларов.

Экономика операций по разработке астероидов может также быть улучшена при использовании «местного» топлива. То есть горнодобывающий аппарат может летать между планетами с помощью воды от того астероида, на котором она добыта, что приведет к высокой окупаемости.

От воды к металлам

При условии успешности добычи воды, разработка других элементов и металлов станет намного более реальной. Другими словами, добыча воды позволит добывать металлы.

МПГ на Земле встречаются очень редко. Они (как и похожие на них металлы) обладают специфическими химическими свойствами, которые делают их невероятно ценными для промышленности и экономики 21 века. Кроме того, их изобилие может дать начало к новому, еще не изведанному, их применению.

Использование металлов с астероидов в космосе

Кроме доставки на Землю, металлы, добытые на астероидах, могут использоваться прямо в космосе. Такие элементы, как, например, железо и алюминий, можно будет применять при строительстве космических объектов, защиты аппаратов и т.д.

Целевые астероиды

Более 1500 астероидов можно достигнуть также легко, как и Луны. Если брать в расчет обратный пути, то цифра увеличивается до 4000. Вода, извлекаемая на них, может быть использована для обратного полета на Землю. Это еще больше увеличивает доступность астероидов.

Расстояние от Земли

В определенных случаях, особенно во время первых миссий, следует нацеливаться на астероиды, которые проходят в районе Земля-Луна. Большая их часть не пролетает так близко, но есть и исключения.

Благодаря стремительному уровню обнаружения новых околоземных астероидов и увеличению возможностей их исследования, весьма вероятно, что большинство доступных объектов еще предстоит открыть.

Planetary Resources

Все выше перечисленное интересует многие организации и отдельных людей. Многие видят в этом будущее добычи в целом и Земли в частности.

Именно такими людьми была основана компания Planetary Resources, официально объявленная цель которой заключается применении коммерческих, инновационных технологий для исследования космоса. Planetary Resources собирается развивать недорогие роботизированные космические аппараты, которые позволят открывать тысячи богатых ресурсами астероидов. Компания планирует использовать природные богатства космоса для развития экономики, строя, таким образом, будущее всего человечества.

Читать еще:  Рыба кит читать полностью. Чудо-юдо рыба-кит

Ближайшая цель Planetary Resources – значительным образом сократить стоимость разработки астероидов. При этом будут объединяться все самые лучшие коммерческие аэрокосмические технологии. Как заявляют в компании, их философия позволит быстро развивать частное, коммерческое изучение космоса.

Технологии

Большая часть технологий Planetary Resources – их собственные. Технологический подход компании обусловлен несколькими простыми принципами. Planetary Resources объединяет современные инновации в области микроэлектроники, медицины, информационных технологий, роботостроения.

Arkyd series 100 LEO

Исследование космоса ставит специфичные преграды в деле строительства космических аппаратов. Критически важными аспектами в этом вопросе являются оптические коммуникации, микродвигатели и т.д. Planetary Resources активно работает над ними в сотрудничестве с НАСА. Сегодня уже создан космический телеском Arkyd series 100 LEO (рис.слева). Leo – это первый частный космический телескоп и средство достижения околоземных астероидов. Он будет находиться на низкой земной орбите.

Arkyd series 200 — Interceptor

Будущие усовершенствования телескопа Leo откроют дорогу для следующего этапа – запуска миссии аппарата Arkyd series 200 — Interceptor (рис.слева). В стыковке со специальным геостационарным спутником, Interceptor пройдет позиционирование и отправится к целевому астероиду для сбора всех необходимых данных о нем. Два или более аппарата Interceptor могут работать вместе. Они позволят определять, отслеживать и сопровождать объекты, пролетающие между Землей и Луной. Миссии Interceptor позволят Planetary Resources быстро получить данные о нескольких околоземных астероидах.

Arkyd series 300 Rendezvous Prospector

Дополнив Interceptor возможностью лазерной коммуникации в глубоком космосе, Planetary Resources сможет приступить к миссии аппарата под названием Arkyd series 300 Rendezvous Prospector (рис.слева), целью которой являются более дальние астероиды. Встав на орбиту одного из них, Rendezvous Prospector будет собирать данные о форме астероида, вращении, плотности, составе поверхности и недр. Применение Rendezvous Prospector продемонстрирует относительно небольшую стоимость возможности межпланетных полетов, что соответствует интересам НАСА, различных научных организаций, частных компаний и т.д.

Добыча на астероиде

Добыча и извлечение металлов и других ресурсов в условиях микрогравитации – дело, которое будет зависеть от значительных исследований и вложений. Planetary Resources будет работать над критически важными технологиями, которые позволят получать на астероидах как воду, так и металлы. Вкупе с недорогими аппаратами для исследования космоса, это дает возможность устойчивого развития этой области.

Команда Planetary Resources

В состав Planetary Resources входят выдающиеся в своем деле люди: ученые инженеры, специалисты в самых разных сферах. Основателями компании считаются бизнесмена и пионера коммерческой космической индустрии Эрик Андерсон и Питер Диамандис. Среди других членов команды Planetary Resources есть бывшие специалисты НАСА Крис Левицки и Крис Вурхиз, знаменитый кинорежиссер Джеймс Кэмерон, бывший астронавт НАСА Томас Джонс, бывший технический директор Microsoft Дэвид Васкевич и другие.

Из чего сделаны космические аппараты и ракеты — металлы

Есть материалы, которые принято использовать в космической сфере и давайте поговорим об этом подробнее.

Алюминий и его сплавы

Давайте начнем с легендарного алюминия, из которого раньше делали все, что летает. Но времена меняются, стало понятно, что из чистого алюминия конструкция не прочная. Хотя есть и преимущества, такие как то, что алюминий легче стали и очень пластичный материал.

Следующий уровень был изготовление сплавов из алюминия. Первым таким сплавом был сделан дуралюмин, созданный в 1909 году. Это сплав из алюминия, меди и марганца, что улучшает в итоге прочность и жесткость материала. Только минус в этом сплаве оказался неожиданным и неприятным — его нельзя варить, а значит соединения из данного сплава можно только штамповать.

Так, как же используется сплав из алюминия в ракетах. В связи как раз с этим минусом с соединением, то под высоким давлением конструкция не сможет быть герметичной (заклепки — это узкое место). Именно поэтому сплав из алюминия принято использовать на «сухие» отсеки.

В конце двадцатого века появился новый вид сплава алюминия с литием. Литий добавлял легкости материалу. Из такого сплава был сделаны баллоны для водорода на ракете «Энергия» и этот же сплав для баллонов используют «Шаттлы».

Ну и следующим уровнем работы с алюминием стал боралюминиевый композит. Здесь ситуация поменялась и у алюминия была поставлена иная задача, нежели раньше. Задача алюминия в данном композите — это удержание высокопрочных волокон бора. Например, это решение использовано между баками последней модификации разгонного блока «ДМ-SL».

Ну здесь, конечно же, мы будем рассматривать железо с точки зрения разнообразных высокопрочных нержавеющих сталей. Сталь во многом выигрывает у алюминия, например, сталь жестче и гораздо лучше переносит вибрацию и нагрев, кстати сталь и дешевле во многих случаях.

А вот тут давайте-ка будем вдаваться в цифры, да простят меня читатели, которым цифры не интересны. А мне вот, очень! Толщина стенок двигательного отсека у первой американской межконтинентальной ракете Atlas была из тонкостенной нержавеющей стали составляла 1,27 миллиметра в самой большой толщине, а у самого верха использовалась толщина 0,254 миллиметра.

Дальше интереснее, водородный разгонный блок Centaur уже был сделан со средней толщиной в 0,127 миллиметров. Такие тонкие стенки способны держать форму только за счет внутреннего давления. Но если вы приглядитесь, то увидите, что столь тонкая стенка может смяться даже под собственным весом.

Именно поэтому производство таких отсеков это крайне нелегкая задача для конструкторов и инженеров. Ведь мало того, что нужно произвести тончайший материал, его ещё как-то нужно хранить и как-то доставить до места сборки ракеты.

Постараюсь написать короче, потому что статья уже и так большая, не хотелось бы перегружать информацией. Буду проще, медь — это основа для электротехники и теплотехники, потому что медь имеет потрясающую теплопроводность.

Такая теплопроводность используется во внутренней стенке ракетного двигателя, чтобы принять на себя тепло. Вы, конечно же, спросите меня, а какая тогда наружная стенка — она стальная, чтобы это тепло не вышло за пределы камеры сгорания.

У меди есть существенный недостаток, который усложняет жизнь технологам. Дело в том, что чистая медь крайне вязкое вещество и ее очень тяжело резать, именно поэтому бывает чистую медь заменяют хромистой бронзой (0,8% хрома).

Есть ещё нюанс, который я не могу не рассказать, в космосе используются двигатели малой тяги, поэтому применяется ещё и окислитель — азотная кислота или четырехокись азота, в таких случаях медь покрывают ещё и стенкой хрома с той стороны, где подается кислота.

Так, в космической отрасли используются ещё ряд металлов, думаю, что их и больше, но это основные:

Серебро — пайка серебряными припоями в вакуумной печи или в инертном газе в соединении частей камеры сгорания ракетных двигателей.

Бериллий — используется в космических аппаратах в качестве конструкционного материала из-за способности замедлять и отражать нейтроны в реакторах.

Титановые сплавы — используются для производства газовых баллонов высокого давления, в особенности для гелия.

Про титановые сплавы хочется сказать, что они только начинают заходить в космическую отрасль. Данный сплав обладает необходимыми свойствами для космической отрасли, такими как легкость, прочность и тугоплавкость.

И на этом хотелось бы закончить разбор металлов в космической отрасли. Те, кто дочитали данный материал, это потрясающе. Если вы в материале обнаружили неточность или искажение факта, обязательно напишите в комментариях и я поправлю.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector