2020, nikel içeren alaşımların roket, tekerlek ve katalizör üretimi de dahil olmak üzere birçok uygulamada önemli bir rol oynadığı yeni bir uzay keşfi ve inovasyon on yılının başlangıcını işaret ediyor.
Kendini havacılık ekipmanı üretimi ve tekrarlanabilir uzay taşımacılığına adamış bir şirket olan SpaceX, Yıldız Gemileri ve süper ağır roketler üretmek için nikel içeren 304 (S30400) paslanmaz çelik kullanıyor.
Maliyet, kilogram başına 60 kattan daha fazla maliyete sahip olan karbon elyafına kıyasla daha düşüktür. Aynı zamanda karbon fiber veya diğer metallerden çok daha fazla ısıya dayanıklıdır, bu nedenle çok daha az veya hatta muhtemelen yalıtım gerektirir.
Bu arada NASA, sonda tekerleklerinde nikel içeren malzemeler için başka bir potansiyel uygulamayı araştırıyor. Kauçuk tekerlekler Ay'da veya Mars'ta pratik değildir, bu nedenle orijinal Apollo ay gezgini tekerlekleri yay çeliğinden yapılmıştır, ancak Mars'ta kullanılmak üzere tasarlanmış büyük ve ağır tekerlekler üzerindeki yay çeliği tekerlekleri deforme olacaktır. Bu sorunu çözmek için NASA, şekil hafıza özelliklerine sahip ve yaylı çelik bir tekerleğin 30 katı deformasyonla başa çıkabilen, nikel-titanyum alaşımından yapılmış bir metal ağ lastiği geliştiriyor.
Bir Raptor roket motoruyla donatılan SpaceX Yıldız Gemisi, sıvı metan ve sıvı oksijenle çalışan ilk Yıldız Gemilerinden biridir ve 1,000 kullanım için tasarlanmıştır. Dönüş yolculuğu için Mars'ta roket yakıtı yapmak için metan seçildi. Metan, karbon dioksit ve hidrojen kullanılarak, hidrojenin karbon dioksit ile yüksek sıcaklıkta (optimal sıcaklık 300-400 derecedir) ve yüksek basınçta metan ve su üretmek için bir katalizör yoluyla reaksiyona girdiği Chabatier reaksiyonu yoluyla üretilebilir. Kullanılabilecek böyle bir katalizör nikeldir.
Mars atmosferi yüzde 95 karbondioksittir ve NASA, Mars'ta metan ve roket iticileri için oksijen ve astronotların nefes alması için oksijen üretmek için gerekli ham maddeler olan suyun varlığını doğruladı. Kızıl gezegenin daha düşük ortam sıcaklığı ve sıvılaştırılmış metan, hidrojen ve oksijen üretmek için gereken düşük sıcaklıklar da nikel içeren malzemelere ihtiyaç duyar.
Nikel-bakır alaşımı K-500 (N05500)düşük sıcaklıklarda mükemmel sünekliğe sahiptir ve saf oksijende aleve dayanıklıdır. Bu, onu roket motorlarına oksijen sağlayan bir oksijen takviye pompası için tercih edilen seçenek haline getirir.
Yüksek mukavemeti ve tokluğu ile,Alaşım 718 (N07718)uçak turbojetlerinde, roket motorlarında ve basınçlı kaplarda kullanılan, çökeltmeyle sertleştirilebilir bir nikel-krom alaşımıdır ve -250 dereceye kadar düşük sıcaklıkları işleyebilir. Gazı sıvılaştırın ve takviye elde edin. Ancak 718 alaşımının özellikleri, işlenmesini ve şekillendirilmesini diğer malzemelere göre daha zor hale getirir. Alaşım 718 gözenekliliğe, ayrışmaya ve son derece kaba tane boyutuna duyarlı olduğundan hassas döküm işlemleri sorunlu olabilir, bu da sonraki işlem adımlarını gerektirir.
Çözüm nedir? 3D baskı, karmaşık tasarımlara sahip yüksek performanslı uygulamalarda 718 alaşımları gibi nikel bazlı alaşımları daha verimli bir şekilde kullanabilir.
3D baskı, 718 alaşımının işlenmesini kolaylaştırır ve malzeme özelliklerini iyi korur. İşlem, kaynak ve makineyle işlemeyi önler, böylece malzeme israfını büyük ölçüde azaltır. Bu üretim yönteminin faydaları, 718 alaşımlı bir roket motorunun bir prototipinin 3D baskısıyla gösterildi. Prototip tamamen yapay zeka ile tasarlandı ve Almanya'da Hyperganic Software tarafından geliştirildi.
Ayrı ayrı tasarlanmış ve birleştirilmiş bileşenlerden oluşan geleneksel roket motorlarının aksine, 3D baskılı prototip sürekli bir bütündür. Yakıt ve oksidanın yandığı yanma odasını ve yanma odasını soğutmak ve aşırı ısınmayı önlemek için yakıtı sirküle eden yüzey kanallarını içerir. Yekpare yapı yöntemi, belirli bir roketin en iyi performansı için en hafif ağırlığı ve en verimli soğutmayı garanti eder. San Diego'daki California Üniversitesi'ndeki Vulcan II roket projesi de Ignus II 718 alaşım roket motorunu yapmak için 3D baskı kullanıyor. Gelecekteki her yeni uygulama için nikel, uzay araştırmalarının daha da ileriye gitmesine yardımcı olacaktır.
