يمثل عام 2020 بداية عقد جديد من استكشاف الفضاء والابتكار ، حيث تلعب السبائك المحتوية على النيكل دورًا مهمًا في العديد من التطبيقات ، بما في ذلك تصنيع الصواريخ والعجلات والمحفزات.
سبيس إكس ، شركة مكرسة لتصنيع معدات الطيران والنقل الفضائي القابل للتكرار ، تستخدم الفولاذ المقاوم للصدأ 304 (S30400) المحتوي على النيكل لتصنيع المركبات الفضائية والصواريخ فائقة الثقل.
التكلفة أقل مقارنة بألياف الكربون ، والتي تكلف أكثر من 60 مرة للكيلوغرام الواحد. كما أنها أكثر مقاومة للحرارة من ألياف الكربون أو المعادن الأخرى ، لذا فهي تتطلب عزلًا أقل بكثير ، أو ربما حتى.
وفي الوقت نفسه ، تستكشف وكالة ناسا تطبيقًا محتملاً آخر للمواد المحتوية على النيكل في عجلات المسبار. تعتبر العجلات المطاطية غير عملية على القمر أو المريخ ، لذا فإن عجلات مركبة أبولو الأصلية للمركبة القمرية مصنوعة من الفولاذ الزنبركي ، لكن العجلات الفولاذية الزنبركية على عجلات كبيرة وثقيلة مصممة للاستخدام على المريخ قد تتشوه. لحل هذه المشكلة ، تعمل وكالة ناسا على تطوير إطار شبكي معدني مصنوع من سبائك النيكل والتيتانيوم ، والذي يتميز بخصائص ذاكرة الشكل ويمكنه التعامل مع تشوه العجلة الفولاذية الزنبركية بمقدار 30 مرة.
تم تجهيز SpaceX Starship بمحرك صاروخ Raptor ، وهي واحدة من أولى السفن الفضائية التي تعمل بالميثان السائل والأكسجين السائل ، وهي مصممة لتدوم استخدامًا واحدًا ، 000. تم اختيار الميثان لصنع وقود الصواريخ على المريخ لرحلة العودة. يمكن إنتاج الميثان باستخدام ثاني أكسيد الكربون والهيدروجين من خلال تفاعل شاباتير ، حيث يتفاعل الهيدروجين مع ثاني أكسيد الكربون من خلال محفز عند درجة حرارة عالية (درجة الحرارة المثلى 300-400 درجة) وضغط مرتفع لتوليد الميثان والماء. أحد هذه العوامل الحفازة التي يمكن استخدامها هو النيكل.
يتكون الغلاف الجوي للمريخ من 95 في المائة من ثاني أكسيد الكربون ، وقد أكدت وكالة ناسا وجود الماء على المريخ ، والمواد الخام اللازمة لتوليد الميثان والأكسجين لتعزيز الصواريخ والأكسجين لرواد الفضاء للتنفس. المواد المحتوية على النيكل مطلوبة أيضًا بسبب انخفاض درجة الحرارة المحيطة للكوكب الأحمر ودرجات الحرارة المنخفضة المطلوبة لتوليد غاز الميثان والهيدروجين والأكسجين المسال.
سبيكة من النيكل والنحاس K -500 (N05500)ليونة ممتازة في درجات الحرارة المنخفضة ومقاومة للهب في الأكسجين النقي. وهذا يجعلها الخيار المفضل لمضخة تعزيز الأكسجين التي تزود محركات الصواريخ بالأكسجين.
مع قوتها وصلابتها العالية ،سبيكة 718 (N07718)عبارة عن سبيكة من النيكل والكروم قابلة لتصلب الترسيب وتستخدم في المحركات النفاثة للطائرات والمحركات الصاروخية وأوعية الضغط ، ويمكنها التعامل مع درجات حرارة منخفضة تصل إلى {{1} درجة من الغاز السائل وتحقيق التعزيز. لكن خصائص السبيكة 718 تجعل تشكيلها وتشكيلها أكثر صعوبة من المواد الأخرى. يمكن أن تكون عمليات الاستثمار المسببة مشكلة لأن السبيكة 718 معرضة للمسامية ، والفصل ، وحجم الحبوب الخشنة للغاية ، مما يستلزم خطوات معالجة لاحقة.
ماهو الحل؟ يمكن للطباعة ثلاثية الأبعاد أن تستخدم السبائك القائمة على النيكل بشكل أكثر كفاءة ، مثل سبائك 718 في التطبيقات عالية الأداء ذات التصميمات المعقدة.
تجعل الطباعة ثلاثية الأبعاد من السهل معالجة السبائك 718 وتحتفظ بخصائص المواد جيدًا. تتجنب العملية اللحام والتشغيل الآلي ، وبالتالي تقلل بشكل كبير من نفايات المواد. تم توضيح فوائد طريقة التصنيع هذه من خلال الطباعة ثلاثية الأبعاد لنموذج أولي لمحرك صاروخ من السبائك 718. تم تصميم النموذج الأولي بالكامل من خلال الذكاء الاصطناعي وتم تطويره بواسطة Hyperganic Software في ألمانيا.
على عكس محركات الصواريخ التقليدية ، التي تتكون من مكونات مصممة ومجمعة بشكل فردي ، فإن النموذج الأولي المطبوع ثلاثي الأبعاد هو كل مستمر. يحتوي على غرفة الاحتراق حيث يحترق الوقود والمؤكسد ، والقنوات السطحية التي تدور الوقود لتبريد غرفة الاحتراق وتجنب ارتفاع درجة الحرارة. تضمن طريقة البناء المتجانسة أخف وزن وتبريد أكثر كفاءة للحصول على أفضل أداء لصاروخ معين. يستخدم مشروع صاروخ فولكان 2 في جامعة كاليفورنيا ، سان دييغو ، أيضًا الطباعة ثلاثية الأبعاد لصنع محرك صاروخ Ignus II 718. لكل تطبيق جديد في المستقبل ، سيساعد النيكل في استكشاف الفضاء.
