Дайралд ган цагаан бүтцүүдийн ирээдүй

Яагаад орон зайд бүтэц барилгын галт төмөр хэрэглээ үлэмжит хурд цуглуулж байгаа вэ?

Агаарын байгууламжуудад ашиглах хамгийн их хэрэглэгддэг материал нь алчуур, бага зардлын хувьд гайхалтай хүчтэй, дэлхийээс хол үйлдвэрлэгддэг ч сайн ажиллах чадвартай тул юм. Алюминий болон титанийхтай харьцуулахад өнөөгийн цамхаг элсэлүүд сансрын орчинд харагддаг температурын өөрчлөлтөд илүү тэсвэртэй тулгараад, -160 градус Цельсийээс 120 градус хүртэл байдаг. Мөн тэд сансрын багахан чулууг тунаж, тэдгээрийг тунаж, сар, Марс дээр оршин суудаг бүх зүйлсийн хувьд маш чухал зүйл. Борон гэх мэт нейтрон утааг өөртөө шингээдэг элементүүдтэй цахилгаан зэвсгийн хольцоо хольцоод, одоогийнхнаас нэгж массын хувьд 15-40 хувиар илүү сайн цацрагаас хамгаалах боломжийг олгодог. Зэвсэгээ хөөргөхөөс өмнө модулиар бүрдүүлэх нь орбитад оруулахын тулд шаардлагатай нийт жингийн 30 хувийг хэмнэдэг. Мөн цамхагийг дахин боловсруулах боломжтой гэдгийг мартаж болохгүй. Энэ нь нөөц багатай газарт тохиромжтой. Энэ нь зүгээр л онол биш байсан. НАСА-гийнхан 2023 онд үүнийг судалж, ашигласан цамхаг бараг бүхнээ дахин ашиглаж болно гэдгийг тогтоосон. Тэдний судалгаагаар 98%-ийн эргэн сэргээлттэй байна.

Гадаад орчинд ган бүтэцтүүнүүдийн ажиллах чадвар

Дээд түвшний хүчтүүн ган холимогтүүнүүдийн дулааны циклд төдий лонгүй, жижиг метеориттүүдийн нөлөөнд төдий лонгүй төвөгтүй бүтэц

Өнөөдөр ган холимогтүүнүүд нь –150°C-с 120°C хүртэлх хатуу температурт тогтвортой бөхийн тулд хоосон бүтэц үүсгүйн үлдмүй. 2023 онд NASA-н HI-SEAS төвд хийгдсэн туршилтүүд нь түүдүүвэр ган бүтэцтүүнүүд нь 300 дулааны циклд дараа 98% хувьд микротрещинүүдийн үүсэлд төдий лонгүй төвөгтүй бүтэц үүсгүйн үлдмүй гэдгийг илтгэж. Нүүх нууц нь зөвхөн тодорхой дагалдах хаягтүүнүүдийн хоорондын заагт инженерийн арга зүйд оршмүй, як түүнээр тусгай холимогтүүнүүд нь секундад 12 километр хурдтай жижиг метеориттүүдийн нөлөөнд төдий лонгүй төвөгтүй бүтэц үүсгүйн үлдмүй. Энэ нь түүдүүвэр ган бүтэцтүүнүүдийн материалд нүүрхүүдийн нүүрхүүдийн гүнзгийрүүлэлтийг одоогийн агаарын транспорттүүнүүдийн стандарт ган холимогтүүнүүдтэй харьцуулж 40% хувьд бүүр багасгмүй.

Нанобүтэцтүүн ферритик холимогтүүнүүдийн тусламжтайгаар вакуумд шингэж хатууралтын үзэгдлийг бүүр багасгах

Нанобүтэцтэй ферритийн хавсралт (NFА) нь утаа-дүүрэн орчинд хүчилтөрөгчийн хурдасгагч үйлдлийг сааруулж, оксидын тархмал хилийн гадаргуудаар хүчилтөрөгчийг барьж держит. Туршилтын загварууд нь зохиомол орон зүйн утаа-дүүрэн орчинд 18 сарын дараа 92% харимхай бүтээмжийг хадгалж, үндсэн гангаас 14% илүү үзүүлэлт гаргаж — түүн дотроо температурын хүртэл –200°C-аас доош унах сүүдэрт бүх цагийн сарын бүсүүдтд тохиромжтой.

Харьцуулалт: ган бүтэц vs. алюминий ба титан лунар реголитын шүүрэлд

Ган нь лунар шүүрэлд алюминий ба титанаас илүү үзүүлэлт гаргаж. Лабораторийн туршилт (ISRU 2024) үзүүлж буй:

Ганы хром-карбидын матрикс нь реголитын нүүрлүүлэлтийг сааруулж — харин алюминийн холболтууд нь зохиомол 100 км-ийн тоосон орчны нөхцөлд 32% сулрана. Титан нь илүү сайн усталт төдийгүй төрөлхийн төдийгүй чадвар үзүүлж, гэвч ганын шүүрэлд төдийгүй төрөлхийн төдийгүй чадварыг тааруулахын тулд гурван дахин зүүд нь шаардуулж.

Дараагийн үеийн ган хавсралтууд: радиаци, дулааны хатууруулалтад тохируулан инженерчлэж

Нейтрон шингээлт ба дулаан тогтвортой байдлын тулд хүнд металлын холимогууд, редк-зем элементүүд нэмж хийсэн

Желез-сталь холимогуудад иттербийм, гадолиниум зэрэг редк-зем элементүүд нэмж хийх үед түүнд нейтрон шингээлт нь ердийн хамгаалах материалуудын харьцангуй шингээлттэй харьцуулахад ойролцоогоор 40 хувиар нэмэгддэг. Эдгээр материалын хүч чадал 1200°C-аас дээш температурт ч хадгалагдаж үлддэг. Үүний шалтгаан нь нэмж хийсэн элементүүд тогтвортой нано-оксидууд үүсгэж, материалын бүтцэд дислокацийг үүрд хатгаж байдаг. Ийнхүү цацрагийн нөлөөллөөс үүсэх хавдран өргөсөл (swelling) арилгаж, дулаан дамжуулалтын сайн чанарыг хадгалагдаж үлддэг. Үүний бодит давуу тал нь космосын цацрагуудаас хамгаалах чадвар ба температур өөрчлөлтүүдтэй төлөрч чадах чадварыг нь нэг материалд нь хослуулж, тус тусдаа функцийн хувьд олон янзын материал ашиглах шаардлагагүй болгох явдал юм.

Цацрагт төлөрч чадах мартенситик нержүү сталь: МОБ-д (Международная Космическая Станция) үзүүрлүүлсэн прототипуудын судалгаа (2022–2024)

Мартенсит төмрийн хүдрийн 2022-2024 онд МКС-д туршиж үзсэн үлгэрт 15 жилийн турш Сарны гадаргуу дээр цацрагийн халдвараас амьд үлдэж, анхны даралтын чанга байдлын 92%-ийг хадгалсан байна. Энэ материалыг яагаад ийм бат бөх болгодог вэ? Түүний бүтцийн жижигхэн жимсүүд нь цацрагийн хохирол маш сайн шингээдэг. Мөн металлын бүх хэсэгт хром карбидын бүтэцүүд нь жижиг нүхүүд илүү том асуудал үүсэхээс сэргийлдэг. Эдгээр судалгааг харахад, алтны хувьд урт хугацааны сансрын станцуудыг барихэд маш сайн ажиллах боломжтой. Энэ нь бусад сонголттой харьцуулахад үйлдвэрлэхэд хялбар төдийгүй туршилт нь титанийхнаас 30% илүү цацрагийг даван туулахад тус тус нь ямар хэмжээний хамгаалалтыг өгдөг вэ гэдгийг харуулж байна.

Хурдан ашиглах: Гадаадын барилга байгууламжийн зориулалттай цаашид үйлдвэрлэх цаасан чулуун байгууламжийн систем

Марсын аналог газар нутагт 72 цагийн турш автоном хуралдаан хийх боломжийг олгодог модуль бүхий цаасан хоолойн систем (HI-SEAS V)

Хавайд хийсэн HI-SEAS V туршилт дээр роботууд стандарт зэс холбогч хэрэглэж, гурван өдрийн дотор оршин суух газрын бүрэн модулийг нэгтгэсэн байна. Энэ системийг геометрийн хувьд үнэн зөв, нэмэлт жинг ч алдаагүйгээр дасан зохицуулах чадвартай болгосон. Туршилтаар харахад энэ нь хүлээгдэж байсангаас 50% илүү хүчтэй үед ч тэсвэртэй байсан. Марст олсонтай төстэй чулуутай газар дээр туршилтаар туршиж үзсэн ч ийм зүйл болсон. Энэ нь урьдчилан үйлдвэрлэсэн цамцны эд ангиудыг ашиглах нь хангалттай хүн байхгүй үед, эсвэл хурдан бүтээн байгуулалт амжилтад хүрэхэд хамгийн чухал тохиолдолд барилгын хугацааг тодорхой хэмжээнд бууруулж чадна гэдгийг харуулж байна.

Сарны хүчилтөрөгчийн гаж бүтээгдэхүүнийг ашиглаж, дархлааны нөөц ашиглах (ISRU) боломжийг олгосон цаасан зэсний зэс

Сарын хөрсийг боловсруулах үед үүсдэг нь үндэснээс хүчилтөрөөс гадна бүүр чухал юм бас байгаа. Үлдсэн материал төмөр агуулж бөлгөн, сталь бүтээдүүр үйлдвэрлэх үүрд хамгийн тохиромжтой анхны материал болой. Сүүлийн үед ISRU технологи ашиглан хийсэн туршилтууд дараах үр дүн үзүүлж: шууд металлын лазер синтеринг (ДМЛС) гэж нэрлэдүүр арга ашиглан бүтэц хэсгүүд үйлдвэрлэж. Түүнд сарын хөрсийн зүйлсийн дүрслэл ашиглаж. Энэ туршилт илүү сонирхолтой нь Дэлхийн хүртэл хүрэх хүчин зүйлсийн хэмжээг ойролцоогоор 85 хувь багасгаж. Үүнээс үүдэн далайчин-судалтчид шаардлагатай солих хэсгүүдийг Сар дээрх үйлдвэрт үйлдвэрлэж, Дэлхийн хүртэл хүрэх хүчин зүйлсийн хүлээлтгүйгүй үйлдвэрлэж. Гэтэд Сар дээр агаарын давхарга бүүр байхгүй, үүнээс синтеринг процессын хувьд их хөнгөвлөлт үүсдэг, учир нь Дэлхий дээр бидний тулгардаг хоосон холимогуудын нөлөөллийг саархуулж.

НӨАТ-ын хэсэг

Яагаад сталл Сансрын бүтэцтүүдийн үйлдвэрлэлд илүү дуртай?

Гурилт төрлийн гангаар хийгдсэн бүтээдмүүд нь түүний хүч-жингийн харьцаа, үнэ хямд байх, алюминий ба титан зэрэг бүтээдмүүдтэй харьцуулж үл хамаарах температур болон микрометеоритын нөлөөллийг илүү сайн төрөлдөх чадварын улмаас сонгогддог.

Гангаар хийгдсэн холимог бүтээдмүүд яаж цацрагийн хамгаалалт үзүүлдэг?

Борын шиг нейтрон шингээдэг элементүүдтэй холимог гангаар хийгдсэн бүтээдмүүд цацрагийн хамгаалалтыг дэлхийн традицион бүтээдмүүдтэй харьцуулж нэгж массын хувьд 15%–40%-иар сайжруулдог.

Нанобүтэцтэй ферритийн холимог бүтээдмүүд космосод ашиглахад тохиромжтой бөлүүд юунаас?

Эдгээр холимог бүтээдмүүд вакуумд хатууралт үүсгэх нөлөөллийг устөрөлдүүлж, устөрөлдүүлж, түүнд урт хугацааны нөлөөллийн үед ч харилцан хөдөлгөөнт байдалд үлдмүүд.

Гангаар хийгдсэн бүтээдмүүд бусад планетад хурдан цуглуулж болдог уу?

Тийнхүү, модуль гангаар хийгдсэн зангилаа системүүд 72 цагт автономноор цуглуулж чадмүүд, Марс-аналог газар дээр хурдан барилга бүтээх боломжийг олгож.