الابتكارات الخارقة للجيل القادم من مركبات الإطلاق الفضائية

وتستهدف وكالات الفضاء ومقدمو عمليات الإطلاق الخاصة حالياً بشكل روتيني إمكانية إعادة الاستخدام، وارتفاع عدد الكسور، وطول مدة الخدمة، وتتطلب تلبية هذه الأهداف مواد يمكن أن تنجو من درجات الاحتراق التي تتجاوز 500 1 درجة مئوية، والتدوير الحراري السريع، وتهيئة بيئات العادم التآكل، كما أن الطفافات العالية - وهي فئة من المحار المعدنية التي تصمم لظروف متطرفة - قد أصبحت لا غنى عنها بالنسبة للجيل القادم من مراحل تصنيع معدات المركبات.

دور السوبولوين في مركبات الإطلاق التالية للتجويع

وقد أدى الضغط غير المكثف نحو الصواريخ القابلة لإعادة الاستخدام وزيادة نسب الدفع إلى الوزن إلى مطالب غير مسبوقة على المكونات الهيكلية والمرتفعة، حيث أن محركات المرحلة الأولى، مثل تلك المستخدمة في " سبتكس " أو " البلو أو " البلو أو " البلوجين " ، تعمل على الضغط ودرجات الحرارة التي من شأنها أن تسبب في فشل الصلب التقليدي أو السكككك الحديدية في غضون ثوان.

ما هي سوبرالوي؟

وكانت السبيكات الخارقة هي سبائك عالية الأداء، تستند عادة إلى النيكل أو الكوبالت أو النيكل الحديدي، وتُحَبَّر بعناصر مثل الكروم، والألومنيوم، والتنغستن، والموليبينوم، والتنتالوم، وكانت سماتها المعينة هي القدرة على الحفاظ على قوة مفيدة في جزء كبير من نقطة التمزق التي تصيب فيها.

وتهيمن السواحل الخارقة التي تستخدم في النيكل على صناعة الصواريخ بسبب مقاومة القاذورات والأكسدة العليا التي تصل إلى حوالي 100 1 درجة مئوية. وتستخدم المخلفات القائمة على الكوبالت في الحالات التي تكون فيها مقاومة الارتحال الحراري أو مقاومة التآكل الساخنة ذات الصبغة السائلة ذات أهمية قصوى، وقد أدى إدخال تكنولوجيا الصبغة الكريستالية الوحيدة التي تزيل الحدود التي تضعف المادة عند درجة حرارة عالية)٤( إلى توسيع نطاق الحرارة القابل للاستخدام.

Recent Innovations in Superalloy Technology

وعلى مدى العقد الماضي، أدى العديد من أوجه التقدم المتميزة إلى دفع أداء الطفافات إلى نظام جديد، وهذه الابتكارات تشمل الكيمياء في الطوف، وتجهيزها، وضمها إلى المعاطف الواقية.

التكوين المتقدم: الميكرويين مع المعادن المبردة

(أ) أن نسبة [السفراء الحديثين] تشمل مستويات أعلى من العناصر المتجددة لرفع درجة حرارة الفول في مرحلة الغاما - الابتدائية وتحسين القوة العالية الحرارة، وبالتالي فإن عناصر الريح والروتينيوم والتنتالوم أصبحت الآن إضافة مشتركة في الجيل الثالث من الجيل الثالث والجيل الرابع من الجيل الأول من الظواهر الفائقة الارتحال.

تصنيع إضافي للمقاييس الأرضية المعقدة

(أ) إن التكوين غير المكثف للغازات السائلة هو إنتاج مكونات سطحية، أما تركيب البارود المحتوي على الصبغ المحتوي على الصبغ والذوبان الإلكترونية، فهو يتيح الآن تركيب أجزاء من المحركات القريبة من الشبكة والتي من المستحيل القذف أو الآلة.

مواد المقاييس الحرارية والبيئية

وحتى أفضل الطوافات الخارقة لا يمكن أن تصمد أكثر بيئات الاحتراق شدة إلى أجل غير مسمى، أما المعاطف الحرارية (TBCs) التي تستند إلى تركيبات الزركونية ذات الصبغة العالية الصنع، فتؤدي إلى خفض درجة حرارة المولدات المعدنية بنسبة تصل إلى 150 درجة مئوية، بينما تؤدي المعاطف البيئية إلى مواصفات منخفضة في الغلاف الجوي تحمي من مواضع الأشعة الساخنة.

تطبيقات في مركبات الإطلاق الفضائية

وتوزع السواحل الخارقة عبر عدة نظم فرعية من مركبة الإطلاق، وتورد الفروع التالية تفاصيل عن استخدامها الأولي والفوائد المستمدة من الابتكارات الحديثة.

توربينات وتوربو - ماشنتي

وفي محرك الصواريخ السائلة، يجب أن تدور التربوبات في عشرات الآلاف من الألغام البرية بينما تُدفع الغازات الساخنة والمغصبة جزئياً، وتواجه شفرات التربين والأقراص حمولة حرارية شديدة ودرجات حرارة عالية، وتُستخدم المحارم الفوقية المزروعة التي تستخدمها النيكل النيكل (مثلاً، رينيه ن4، PWA 1480) في شكل قياسي.

دوائر التعبئة والنواقص

وتواجه غرفة الاحتراق أعلى درجات الحرارة في أي عنصر، وكثيرا ما تكون خطوط الدوائر مصنوعة من سبائك نحاسية من أجل التسيّر الحراري، ولكن الجدار الساخن - الغازي يتطلب سترة أو خطية هيكلية خارقة للخطوط، وفي العديد من المحركات، تكون الغرفة ذات خط داخلي محمول بين النحاس وبطانة هيكلية خارجية للنيكل - سبيوي(10).

الدروع الحرارية والحماية الحرارية

وفي حين أن العديد من الدروع الحرارية هي مواد تصاعدية، فإن بعض المركبات الفضائية القابلة لإعادة الاستخدام تتطلب حماية حرارية معدنية، فحدائق أنف المكوك الفضائي وأطرافه الرئيسية تستخدم مركبات معززة من الكربون، ولكن الجيل القادم من المركبات المجنحة مثل جهاز تشيس الأحلام يقيّم الألواح الفائقة التي تُجمع مع حاويات حاوية ثلاثية، ويجب أن تصمد هذه الأفرقة دورات مقاومة متعددة دون تكدس أو تشوه حرارة مفرطة.

التحديات الراهنة وواجهة البحوث

ورغم المكاسب المثيرة للإعجاب، لا تزال هناك عدة عقبات، فالتكاليف هي مسألة ثابتة: الريشنايوم والروتينيوم والتنتالوم مكلفة، ويمكن لبعض المحاور الخارقة المتخصصة أن تكلف أكثر من 000 1 دولار للكيلوغرام، كما أن نطاق التصنيع الإضافي يواجه أيضاً عقبات ذات دوافع عالية، ولا سيما فيما يتعلق بالسخرية واتساق البنية التحتية الدقيقة.

وتعجل النُهج القائمة على البيانات باكتشاف مسارات جديدة خارقة، ويمكن أن تُستخدم نماذج التعلم الماكنة التي تم تدريبها على قواعد بيانات كبيرة للممتلكات الدينامية الحرارية والميكانيكية في التكوينات الواعدة قبل إجراء تجارب باهظة التكلفة.

التوقعات المستقبلية

إن البحث الجاري يهدف إلى زيادة درجة حرارة تشغيل السواحل الخارقة بمقدار ٥٠-١٠٠ درجة مئوية أخرى مع خفض التكلفة وتحسين القدرة على إعادة تصنيع المنقار، كما أن تقنيات الصنع الجديدة، مثل الضرب بالعجلات المشتعلة بالزجاجات، والتصوير الموجه إلى الطاقة لمسحوق السواحل، ستتم صقلها لمعالجة أجزاء أكبر وكميات جغرافية أكثر تعقيداً، وفي الوقت نفسه، تصبح استراتيجيات إعادة تدوير المخلفات فوق كل شيء ذات جدوى من الناحية الاقتصادية، مثل قيمة الهدف المنشود.