په دې وروستیو کې، ما د یو زاړه ټولګیوال سره ډوډۍ وخوړله چې د فضايي موادو د څیړنې انسټیټیوټ کې کار کوي. موږ د دوی د وروستیو پروژو په اړه خبرې وکړې، او هغه په مرموز ډول ما ته وویل، "ایا تاسو پوهیږئ چې موږ اوس مهال کوم نوي مواد سره ډیره علاقه لرو؟ تاسو شاید باور ونکړئ - دا هغه پوډر دی چې د ښه شنه شګو په څیر ښکاري." زما د حیرانتیا څرګندونه لیدلو سره، هغه وخندل او زیاته یې کړه، "شنه سیلیکون کاربایډ مایکرو پوډر"ایا تاسو یې په اړه اوریدلي یاست؟ دا شیان ممکن د فضا په ډګر کې د یو کوچني انقلاب لامل شي." په ریښتیا سره، زه په لومړي سر کې شکمن وم: څنګه کیدی شي هغه خړوبونکي مواد چې معمولا د څرخونو د مینځلو او ډیسکونو پرې کولو کې کارول کیږي د پرمختللي فضا صنعت سره تړاو ولري؟ مګر لکه څنګه چې هغه نور تشریح کړه، ما پوهیده چې پدې کې زما د فکر څخه ډیر څه شتون لري. نن، راځئ چې د دې موضوع په اړه وغږیږو.
۱. د دې "ژمنه کوونکي موادو" پیژندل
شنه سیلیکون کاربایډ په اصل کې د سیلیکون کاربایډ (SiC) یو ډول دی. د عام تور سیلیکون کاربایډ په پرتله، دا لوړ پاکوالی او لږ ناپاکۍ لري، له همدې امله د دې ځانګړی روښانه شنه رنګ لري. د دې لپاره چې ولې دا "مایکرو پوډر" دی، دا د هغې د خورا کوچني ذراتو اندازې ته اشاره کوي، معمولا د څو مایکرومیټرونو او لسګونو مایکرومیټرونو ترمنځ - د انسان د ویښتو د قطر شاوخوا لسمه برخه څخه تر نیمایي پورې. زما ټولګیوال وویل: "مه پریږدئ چې د کثافاتو په صنعت کې د دې اوسنی کارول تاسو احمق کړي،" دا په حقیقت کې غوره ځانګړتیاوې لري: لوړ سختۍ، د تودوخې لوړ مقاومت، کیمیاوي ثبات، او د تودوخې پراختیا ټیټ کوفیفینټ. دا ځانګړتیاوې په عملي ډول د فضا ساحې لپاره جوړ شوي دي."
وروسته، ما یو څه څیړنه وکړه او وموندله چې دا واقعیا ریښتیا وه. د شنه سیلیکون کاربایډ سختۍ د الماس او مکعب بوران نایټرایډ وروسته دوهم دی؛ په هوا کې، دا کولی شي د اکسیډیز کولو پرته شاوخوا 1600 درجو سانتي ګراد لوړ تودوخې سره مقاومت وکړي؛ او د تودوخې پراختیا یې د عامو فلزاتو په پرتله یوازې یو پر څلورمه برخه یا دریمه برخه ده. دا شمیرې ممکن یو څه وچې ښکاري، مګر په فضايي ډګر کې، چیرې چې د موادو فعالیت اړتیاوې خورا سختې دي، هر پیرامیټر کولی شي خورا ارزښت راوړي.
II. د وزن کمول: د فضايي بېړیو ابدي تعقیب
"د فضايي چارو لپاره، د وزن کمول تل کلیدي وي،" یوفضاييانجنیر راته وویل. "هر کیلوګرام وزن چې خوندي کیږي کولی شي د سونګ توکو د پام وړ اندازه خوندي کړي یا د بار بار زیات کړي." دودیز فلزي مواد لا دمخه د وزن کمولو په برخه کې خپلو حدونو ته رسیدلي دي، نو د هرچا پام په طبیعي ډول د سیرامیک موادو ته اړول شوی دی. شنه سیلیکون کاربایډ تقویه شوي سیرامیک میټریکس مرکبات یو له خورا ژمنو نوماندانو څخه دی. دا مواد معمولا په هر مکعب سانتي متر کې یوازې 3.0-3.2 ګرامه کثافت لري، کوم چې د فولادو په پرتله د پام وړ سپک دی (په هر مکعب سانتي متر کې 7.8 ګرامه) او همدارنګه د ټایټانیوم الیاژونو (په هر مکعب سانتي متر کې 4.5 ګرامه) په پرتله روښانه ګټه وړاندې کوي. په مهمه توګه، دا د وزن کمولو پرمهال کافي ځواک ساتي.
"موږ د انجن د پوښونو لپاره د شنه سیلیکون کاربایډ مرکباتو کارولو په اړه څیړنه کوو،" د فضايي انجن ډیزاینر څرګنده کړه. "که موږ دودیز مواد وکاروو، نو دا برخه به ۲۰۰ کیلوګرامه وزن ولري، مګر د نوي مرکب موادو سره، دا شاوخوا ۱۳۰ کیلوګرامه ته راټیټیدلی شي. د ټول انجن لپاره، دا ۷۰ کیلوګرامه کمښت د پام وړ دی." حتی غوره، د وزن کمولو اغیزه کاسکیډینګ ده. سپک ساختماني اجزا د ملاتړي جوړښتونو کې د وزن کمولو لپاره اجازه ورکوي، لکه د ډومینو اغیز. مطالعاتو ښودلې چې په فضايي بیړۍ کې، د ساختماني اجزاو وزن کې ۱ کیلوګرامه کمښت کولی شي په پای کې د سیسټم په کچه وزن کې ۵-۱۰ کیلوګرامه کمښت لامل شي.
III. د لوړې تودوخې مقاومت: په انجنونو کې "ثابت کوونکی"
د ایرو انجنونو د عملیاتي تودوخې درجه په دوامداره توګه لوړیږي؛ پرمختللي ټربو فین انجنونه اوس د توربین داخلي تودوخې درجه له 1700 درجو سانتي ګراد څخه لوړه لري. پدې تودوخه کې، حتی ډیری لوړ تودوخې الیاژونه ناکامیدل پیل کوي. زما د څیړنې انسټیټیوټ څخه ټولګیوال وویل: "د انجن ګرمې برخې اجزا اوس مهال د موادو فعالیت محدودیتونه فشاروي." "موږ په بیړني ډول داسې موادو ته اړتیا لرو چې حتی په لوړه تودوخه کې په ثابت ډول کار وکړي." شنه سیلیکون کاربایډ مرکبات کولی شي پدې برخه کې مهم رول ولوبوي. خالص سیلیکون کاربایډ کولی شي په غیر فعال چاپیریال کې د 2500 درجو څخه پورته تودوخې سره مقاومت وکړي، که څه هم په هوا کې، اکسیډیشن د هغې کارول شاوخوا 1600 درجو سانتي ګراد ته محدودوي. په هرصورت، دا لاهم د ډیری لوړ تودوخې الیاژونو په پرتله 300-400 درجو سانتي ګراد لوړ دی.
تر ټولو مهمه دا ده چې دا په لوړه تودوخه کې لوړ ځواک ساتي. د موادو د ازموینې انجینر تشریح کړه: "فلزي مواد په لوړه تودوخه کې 'نرم' کیږي، د پام وړ کریپ ښیې." "مګر د سیلیکون کاربایډ مرکبات کولی شي د دوی د خونې د تودوخې له 70٪ څخه ډیر ځواک په 1200 درجو سانتي ګراد کې وساتي، کوم چې د فلزي موادو لپاره ترلاسه کول خورا ستونزمن دي." اوس مهال، ځینې څیړنیزې ادارې هڅه کوي چې وکارويشنه سیلیکون کاربایډد غیر څرخیدونکي اجزاو لکه د نوزل لارښود وین او احتراق چیمبر لاینرونو جوړولو لپاره مرکبات. که چیرې دا غوښتنلیکونه په بریالیتوب سره پلي شي، نو تمه کیږي چې د انجنونو فشار او موثریت به نور هم ښه شي. IV. د تودوخې مدیریت: د تودوخې "اطاعت" کول
د فضايي وسایط په فضا کې د سخت تودوخې چاپیریال سره مخ کیږي: د لمر مخ اړخ کولی شي له 100 درجو سانتي ګراد څخه ډیر شي، پداسې حال کې چې سیوري شوی اړخ کولی شي د -100 درجو سانتي ګراد څخه ښکته راشي. د تودوخې دا لوی توپیر د موادو او تجهیزاتو لپاره یوه سخته ننګونه ده. شنه سیلیکون کاربایډ یو ډیر مطلوب ځانګړتیا لري - غوره حرارتي چالکتیا. د هغې حرارتي چالکتیا د عامو فلزاتو په پرتله 1.5-3 ځله او د عادي سیرامیک موادو په پرتله 10 ځله ډیر ده. دا پدې مانا ده چې دا کولی شي په چټکۍ سره تودوخه له ګرمو سیمو څخه سړو سیمو ته انتقال کړي، چې ځایی تودوخه کموي. د فضايي ډیزاینر وویل، "موږ د سپوږمکیو د تودوخې کنټرول سیسټمونو کې د شنه سیلیکون کاربایډ مرکباتو کارولو په اړه فکر کوو، د مثال په توګه، د تودوخې پایپونو د پوښ په توګه یا د تودوخې چلونکي سبسټریټ په توګه، ترڅو د ټول سیسټم تودوخه نوره هم یونیفورم کړي."
برسېره پردې، د هغې د تودوخې پراخېدو ضریب ډېر کوچنی دی، یوازې شاوخوا 4×10⁻⁶/℃، چې د المونیم الیاژ شاوخوا پنځمه برخه ده. د هغې اندازه د تودوخې بدلونونو سره تقریبا بدله پاتې کیږي، یوه ځانګړتیا چې په ځانګړي ډول د فضا نظري سیسټمونو او انټینا سیسټمونو کې ارزښتناکه ده چې دقیق سمون ته اړتیا لري. ډیزاینر یو مثال ورکړ، "تصور وکړئ،" یو لوی انټینا په مدار کې کار کوي، د لمر مخ او سیوري شوي اړخونو ترمنځ د سلګونو درجو سانتي ګراد د تودوخې توپیر سره. که دودیز توکي وکارول شي، د تودوخې پراخېدل او انقباض ممکن د جوړښتي خرابوالي لامل شي، چې د اشارې دقت اغیزه کوي. که چیرې د ټیټ پراخېدو شنه سیلیکون کاربایډ مرکب مواد وکارول شي، نو دا ستونزه خورا کم کیدی شي."
V. غلا او ساتنه: د "سخت مقاومت" څخه ډیر څه
عصري فضايي وسایط د پټ فعالیت په اړه په زیاتیدونکي توګه لوړې غوښتنې لري. د رادار پټ په عمده توګه د شکل ډیزاین او د رادار جذبونکي موادو له لارې ترلاسه کیږي، او شنه سیلیکون کاربایډ هم پدې برخه کې د کنټرول وړ ظرفیت لري. "خالص سیلیکون کاربایډ یو سیمیکمډکټر دی، او د هغې بریښنایی ملکیتونه د ډوپینګ له لارې تنظیم کیدی شي،" د فعال موادو متخصص معرفي کړ. "موږ کولی شو د سیلیکون کاربایډ مرکب مواد د ځانګړي مقاومت سره ډیزاین کړو ترڅو د رادار څپې د یو ځانګړي فریکونسۍ حد کې جذب کړي." که څه هم دا اړخ لاهم د څیړنې په مرحله کې دی، ځینې لابراتوارونو دمخه د سیلیکون کاربایډ پر بنسټ مرکب مواد نمونې تولید کړي چې د X-band (8-12 GHz) کې د ښه رادار جذبونکي فعالیت سره.
د فضا د ساتنې په برخه کې، د سختۍ ګټهشنه سیلیکون کاربایډدا هم څرګنده ده. په فضا کې ډېر شمېر مایکرومیټیرویډونه او فضايي کثافات شتون لري. که څه هم د هر یو وزن ډېر کوچنی دی، خو سرعت یې خورا لوړ دی (په یوه ثانیه کې تر لسګونو کیلومترو پورې)، چې پایله یې ډېره لوړه اغېزه انرژي ده. د فضايي خوندیتوب څېړونکي وویل: "زموږ تجربې ښيي چې د شنه سیلیکون کاربایډ مرکب مواد د ورته ضخامت د المونیم الیاژونو په پرتله د لوړ سرعت ذراتو اغېزو په وړاندې ۳-۵ ځله مقاومت لري." "که چیرې په راتلونکي کې د فضايي سټیشنونو یا ژورو فضايي تحقیقاتو په محافظتي طبقو کې وکارول شي، نو دا کولی شي د پام وړ خوندیتوب ښه کړي."
د فضايي پرمختګ تاریخ، په یوه معنی، د مادي پرمختګ تاریخ دی. د لرګیو او کینوس څخه تر المونیم الیاژونو پورې، او بیا د ټایټانیوم الیاژونو او مرکب موادو پورې، د هر مادي نوښت د الوتکو په فعالیت کې یو لوی پرمختګ راوستی دی. شاید شنه سیلیکون کاربایډ پوډر او د هغې مرکب مواد به د راتلونکي پرمختګ لپاره یو له مهمو محرک ځواکونو څخه وي. هغه مواد ساینس پوهان چې په لابراتوارونو کې په لیوالتیا سره څیړنه کوي او په فابریکو کې د غوره والي لپاره هڅه کوي ممکن په خاموشۍ سره د اسمان راتلونکی بدل کړي. او شنه سیلیکون کاربایډ، دا ښکاري عادي مواد، ممکن د دوی په لاسونو کې "جادو پوډر" وي، چې انسانیت سره مرسته کوي چې لوړ، لرې او خوندي الوتنه وکړي.