Ба наздикӣ ман бо як ҳамсинфи деринаам, ки дар як пажӯҳишгоҳи таҳқиқоти масолеҳи кайҳонӣ кор мекунад, хӯроки шом хӯрдам. Мо дар бораи лоиҳаҳои охирини онҳо сӯҳбат кардем ва ӯ бо асроромез ба ман гуфт: "Медонӣ, ки мо ҳоло ба кадом маводи нав бештар таваҷҷӯҳ дорем? Шояд шумо бовар накунед - ин он хокаест, ки ба реги сабзи майда монанд аст." Ӯ чеҳраи ҳайроншудаи маро дида, табассум кард ва илова кард: "...Хокаи хурди карбиди силикони сабз, оё шумо дар ин бора шунидаед? Шояд ин чиз дар соҳаи кайҳонӣ инқилоби хурде ба вуҷуд орад.” Ростӣ, ман дар аввал шубҳа доштам: чӣ гуна он маводи абразивӣ, ки одатан дар чархҳои суфтакунӣ ва дискҳои буридан истифода мешавад, метавонад бо саноати мураккаби кайҳонӣ алоқаманд бошад? Аммо, тавре ки ӯ минбаъд шарҳ дод, ман фаҳмидам, ки дар он нисбат ба он ки ман фикр мекардам, чизҳои бештаре ҳастанд. Имрӯз, биёед дар бораи ин мавзӯъ сӯҳбат кунем.
I. Шиносоӣ бо ин «маводи умедбахш»
Карбиди силикони сабз асосан як навъи карбиди силикон (SiC) аст. Дар муқоиса бо карбиди силикони сиёҳи оддӣ, он дорои тозагии баландтар ва ифлосҳои камтар аст, аз ин рӯ ранги сабзи равшани беназири он. Дар мавриди он ки чаро он "микрохока" аст, он ба андозаи хеле хурди зарраҳои он, одатан аз чанд микрометр то даҳҳо микрометр, ишора мекунад - тақрибан аз як даҳум то нисфи диаметри мӯи инсон. "Нагузоред, ки истифодаи кунунии он дар саноати абразивӣ шуморо фиреб диҳад", - гуфт ҳамсинфи ман, - "он дар асл хосиятҳои аъло дорад: сахтии баланд, муқовимат ба ҳарорати баланд, устувории кимиёвӣ ва коэффисиенти пасти васеъшавии гармӣ. Ин хусусиятҳо амалан барои соҳаи аэрокосмосӣ махсус тарҳрезӣ шудаанд."
Баъдтар, ман каме таҳқиқот анҷом додам ва фаҳмидам, ки ин дар ҳақиқат дуруст аст. Сахтии карбиди кремнийи сабз танҳо аз нитриди алмос ва борони кубӣ дар ҷои дуюм аст; дар ҳаво он метавонад ҳарорати баланди тақрибан 1600°C-ро бе оксидшавӣ тоб оварад; ва коэффитсиенти васеъшавии гармии он танҳо аз чоряк то сеяки металлҳои маъмулӣ аст. Ин рақамҳо метавонанд каме хушк ба назар расанд, аммо дар соҳаи кайҳонӣ, ки дар он талабот ба иҷрои мавод хеле сахт аст, ҳар як параметр метавонад арзиши бузурге ба бор орад.
II. Кам кардани вазн: Ҷустуҷӯи абадии киштиҳои кайҳонӣ
"Барои соҳаи кайҳонӣ, кам кардани вазн ҳамеша калиди асосӣ аст"кайҳонӣМуҳандис ба ман гуфт. "Ҳар як килограмм вазни сарфашуда метавонад миқдори назарраси сӯзишвориро сарфа кунад ё бори фоидаоварро зиёд кунад." Маводҳои анъанавии металлӣ аллакай аз ҷиҳати кам кардани вазн ба ҳадди худ расидаанд, аз ин рӯ таваҷҷӯҳи ҳама табиатан ба маводҳои сафолӣ равона шудааст. Композитҳои матритсаи керамикии тақвиятёфта бо карбиди силикони сабз яке аз номзадҳои умедбахштарин мебошанд. Ин маводҳо одатан зичии танҳо 3,0-3,2 грамм дар як сантиметри мукааб доранд, ки нисбат ба пӯлод (7,8 грамм дар як сантиметри мукааб) хеле сабуктар аст ва инчунин нисбат ба хӯлаҳои титан (4,5 грамм дар як сантиметри мукааб) бартарии возеҳ дорад. Муҳимтар аз ҳама, он ҳангоми кам кардани вазн қувваи кофиро нигоҳ медорад.
Як тарроҳи муҳаррики аэрокосмикӣ ошкор кард: «Мо истифодаи композитҳои карбиди силикони сабзро барои корпусҳои муҳаррик таҳқиқ мекунем». «Агар мо аз маводҳои анъанавӣ истифода мебурдем, ин ҷузъ 200 килограмм вазн мегирифт, аммо бо маводи нави композитӣ онро то тақрибан 130 килограмм кам кардан мумкин аст. Барои тамоми муҳаррик, ин кам кардани вазн 70 килограмм назаррас аст». Ҳатто беҳтар аз он, таъсири кам кардани вазн каскадӣ аст. Ҷузъҳои сохтории сабуктар имкон медиҳанд, ки вазн дар сохторҳои дастгирикунанда мувофиқан кам карда шавад, ба монанди таъсири домино. Таҳқиқотҳо нишон доданд, ки дар киштиҳои кайҳонӣ, кам кардани 1 килограмм вазни ҷузъи сохторӣ метавонад дар ниҳоят ба кам шудани 5-10 килограмм вазни сатҳи система оварда расонад.
III. Муқовимат ба ҳарорати баланд: «Стабилизатор» дар муҳаррикҳо
Ҳарорати кори муҳаррикҳои ҳавопаймоӣ мунтазам меафзояд; муҳаррикҳои пешрафтаи турбовентиляторӣ ҳоло ҳарорати вуруди турбина аз 1700°C зиёд доранд. Дар ин ҳарорат, ҳатто бисёр хӯлаҳои дорои ҳарорати баланд ба вайроншавӣ шурӯъ мекунанд. "Ҷузъҳои қисмати гарми муҳаррик айни замон маҳдудиятҳои кори маводро зиёд мекунанд", - гуфт ҳамсинфи ман аз институти тадқиқотӣ. "Мо фавран ба маводҳое ниёз дорем, ки метавонанд дар ҳарорати боз ҳам баландтар устувор кор кунанд." Композитҳои карбиди силикони сабз метавонанд дар ин соҳа нақши муҳим бозанд. Карбиди холиси силикон метавонад дар муҳити инертӣ ба ҳарорати болотар аз 2500°C тоб оварад, гарчанде ки дар ҳаво оксидшавӣ истифодаи онро тақрибан 1600°C маҳдуд мекунад. Аммо, ин ҳанӯз ҳам аз аксари хӯлаҳои дорои ҳарорати баланд 300-400°C баландтар аст.
Муҳимтар аз ҳама, он дар ҳарорати баланд мустаҳкамии баландро нигоҳ медорад. "Маводҳои металлӣ дар ҳарорати баланд "нарм" мешаванд ва лағжиши назаррасро нишон медиҳанд", - шарҳ дод як муҳандиси санҷиши мавод. "Аммо композитҳои карбиди кремний метавонанд беш аз 70% мустаҳкамии ҳарорати хонагии худро дар ҳарорати 1200°C нигоҳ доранд, ки барои маводи металлӣ ба даст овардан хеле душвор аст." Дар айни замон, баъзе муассисаҳои тадқиқотӣ кӯшиш мекунанд, ки...карбиди силикони сабзкомпозитҳо барои истеҳсоли ҷузъҳои ғайригардишкунанда, ба монанди винтҳои роҳнамои сопло ва лайнерҳои камераи сӯзиш. Агар ин барномаҳо бомуваффақият амалӣ карда шаванд, интизор меравад, ки қувваи тела ва самаранокии муҳаррикҳо боз ҳам беҳтар шавад. IV. Идоракунии гармӣ: Гармӣ "итоат" карда шавад
Мошинҳои кайҳонӣ дар кайҳон бо муҳитҳои гармии шадид рӯбарӯ мешаванд: тарафи ба офтоб нигаронидашуда метавонад аз 100°C зиёд бошад, дар ҳоле ки тарафи сояафкан метавонад аз -100°C паст шавад. Ин фарқияти бузурги ҳарорат барои мавод ва таҷҳизот мушкилоти ҷиддӣ эҷод мекунад. Карбиди силикони сабз дорои хусусияти хеле матлуб аст - гузаронандагии аълои гармӣ. Гузарандагии гармии он 1,5-3 маротиба нисбат ба металлҳои маъмулӣ ва беш аз 10 маротиба нисбат ба маводҳои сафолии оддӣ аст. Ин маънои онро дорад, ки он метавонад гармиро зуд аз минтақаҳои гарм ба минтақаҳои хунук интиқол диҳад ва гармии маҳаллиро коҳиш диҳад. "Мо истифодаи композитҳои карбиди силикони сабзро дар системаҳои назорати гармии моҳвораҳо баррасӣ мекунем", - гуфт як тарроҳи кайҳонӣ, - "масалан, ҳамчун қабати қубурҳои гармӣ ё ҳамчун субстратҳои гузаронандаи гармӣ, то ҳарорати тамоми системаро яксонтар кунем."
Илова бар ин, коэффитсиенти васеъшавии гармии он хеле хурд аст, танҳо тақрибан 4×10⁻⁶/℃, ки тақрибан як панҷуми андозаи хӯлаи алюминий аст. Андозаи он бо тағирёбии ҳарорат қариб бетағйир мемонад, ки ин хусусият махсусан дар системаҳои оптикии кайҳонӣ ва системаҳои антенна, ки ҳамоҳангсозии дақиқро талаб мекунанд, арзишманд аст. «Тасаввур кунед», - мисол овард дизайнер, - «антеннаи калоне, ки дар мадор кор мекунад ва фарқияти ҳарорат байни тарафҳои офтобӣ ва сояафкан садҳо дараҷа Селсий аст. Агар маводҳои анъанавӣ истифода шаванд, васеъшавӣ ва кашишхӯрии гармӣ метавонанд деформатсияи сохториро ба вуҷуд оранд, ки ба дақиқии нишондиҳӣ таъсир мерасонад. Агар маводҳои композитии карбиди сабзи силиконии камвазн истифода шаванд, ин мушкилотро метавон хеле сабук кард».
V. Пинҳонкорӣ ва ҳимоя: бештар аз танҳо "муқовимат"
Таҷҳизоти муосири кайҳонӣ талаботи бештареро ба самаранокии пинҳонкорӣ доранд. Ноаёнии радарӣ асосан тавассути тарҳрезии шакл ва маводҳои ҷаббанда аз радар ба даст оварда мешавад ва карбиди сабзи силикон низ дар ин соҳа дорои потенсиали назоратшаванда мебошад. "Карбиди холиси силикон нимноқил аст ва хосиятҳои электрикии онро тавассути допинг танзим кардан мумкин аст", - муаррифӣ кард як коршиноси масолеҳи функсионалӣ. "Мо метавонем маводҳои композитии карбиди силиконро бо муқовимати мушаххас барои ҷаббанда аз мавҷҳои радарӣ дар диапазони басомади муайян тарроҳӣ кунем." Гарчанде ки ин ҷанба ҳанӯз дар марҳилаи таҳқиқот қарор дорад, баъзе лабораторияҳо аллакай намунаҳои маводи композитии дар асоси карбиди силикон бо самаранокии хуби ҷаббанда аз радар дар диапазони X (8-12 ГГц) истеҳсол кардаанд.
Аз ҷиҳати ҳифзи фазо, бартарии сахтиикарбиди силикони сабзниз аён аст. Дар кайҳон шумораи зиёди микрометеороидҳо ва партовҳои кайҳонӣ мавҷуданд. Гарчанде ки массаи ҳар яки онҳо хеле хурд аст, суръати онҳо хеле баланд аст (то даҳҳо километр дар як сония), ки боиси энергияи хеле баланди зарба мегардад. "Таҷрибаҳои мо нишон медиҳанд, ки маводҳои композитии карбидии сабзи кремний нисбат ба хӯлаҳои алюминийи ҳамон ғафсӣ 3-5 маротиба муқовимат ба зарбаи зарраҳои баландсуръат доранд", - гуфт як муҳаққиқи ҳифзи кайҳон. "Агар дар оянда дар қабатҳои муҳофизатии истгоҳҳои кайҳонӣ ё зондҳои амиқи кайҳонӣ истифода шаванд, он метавонад бехатариро ба таври назаррас беҳтар кунад."
Таърихи рушди кайҳонӣ, ба маъное, таърихи пешрафти моддӣ аст. Аз чӯб ва канвас то хӯлаҳои алюминий ва сипас то хӯлаҳои титан ва маводҳои композитӣ, ҳар як навоварии маводӣ боиси як ҷаҳиши назаррас дар иҷрои ҳавопаймоҳо шудааст. Шояд хокаи карбиди сабзи кремний ва маводҳои композитии он яке аз қувваҳои муҳими пешбарандаи ҷаҳиши оянда бошанд. Он олимони мавод, ки дар озмоишгоҳҳо боғайратона таҳқиқот мегузаронанд ва дар корхонаҳо барои беҳтарин будан талош мекунанд, метавонанд ояндаи осмонро оромона тағйир диҳанд. Ва карбиди сабзи кремний, ин маводи ба назар оддӣ, метавонад "хокаи ҷодугарӣ" дар дасти онҳо бошад, ки ба инсоният дар парвози баландтар, дуртар ва бехатартар кӯмак кунад.