මෑතකදී, මම අභ්යවකාශ ද්රව්ය පර්යේෂණ ආයතනයක සේවය කරන පැරණි පන්තියේ මිතුරෙකු සමඟ රාත්රී ආහාරය ගත්තා. අපි ඔවුන්ගේ නවතම ව්යාපෘති ගැන කතා කළා, ඔහු අභිරහස් ලෙස මට කිව්වා, "අපි දැන් වඩාත්ම උනන්දු වන නව ද්රව්යය කුමක්දැයි ඔබ දන්නවාද? ඔබ එය විශ්වාස නොකරනු ඇත - එය සිහින් කොළ පැහැති වැලි මෙන් පෙනෙන කුඩු." මගේ ව්යාකූල ප්රකාශනය දුටු ඔහු සිනාසෙමින් මෙසේ පැවසීය, "කොළ පැහැති සිලිකන් කාබයිඩ් ක්ෂුද්ර කුඩු"ඇත්තටම, මේ දේවල් අභ්යවකාශ ක්ෂේත්රයේ කුඩා විප්ලවයක් ඇති කිරීමට ආසන්නයි." ඇත්තම කිව්වොත්, මම මුලින් සැක කළා: ඇඹරුම් රෝද සහ කැපුම් තැටි සඳහා බහුලව භාවිතා වන එම උල්ෙල්ඛ ද්රව්යය නවීන අභ්යවකාශ කර්මාන්තයට සම්බන්ධ වන්නේ කෙසේද? නමුත් ඔහු තවදුරටත් පැහැදිලි කළ පරිදි, මම සිතුවාට වඩා බොහෝ දේ එහි ඇති බව මට වැටහුණා. අද අපි මේ මාතෘකාව ගැන කතා කරමු.
I. මෙම “පොරොන්දු සහගත ද්රව්ය” දැන හඳුනා ගැනීම
හරිත සිලිකන් කාබයිඩ් යනු අත්යවශ්යයෙන්ම සිලිකන් කාබයිඩ් (SiC) වර්ගයකි. සාමාන්ය කළු සිලිකන් කාබයිඩ් හා සසඳන විට, එය ඉහළ සංශුද්ධතාවයක් සහ අඩු අපද්රව්ය ඇති බැවින් එහි අද්විතීය ලා කොළ පැහැය ඇත. එය “ක්ෂුද්ර කුඩු” වන්නේ මන්දැයි යන්නෙන් අදහස් කරන්නේ එහි ඉතා කුඩා අංශු ප්රමාණයයි, සාමාන්යයෙන් මයික්රෝමීටර කිහිපයක් සහ මයික්රෝමීටර දස දහස් ගණනක් අතර - මිනිස් හිසකෙස් විෂ්කම්භයෙන් දහයෙන් එකක් හෝ අඩක් පමණ. “උල්ෙල්ඛ කර්මාන්තයේ එහි වර්තමාන භාවිතය ඔබව රවටා ගැනීමට ඉඩ නොදෙන්න,” මගේ පන්තියේ මිතුරා පැවසුවේ, “එයට ඇත්ත වශයෙන්ම විශිෂ්ට ගුණාංග ඇත: ඉහළ දෘඪතාව, ඉහළ උෂ්ණත්ව ප්රතිරෝධය, රසායනික ස්ථායිතාව සහ තාප ප්රසාරණයේ අඩු සංගුණකය. මෙම ලක්ෂණ ප්රායෝගිකව අභ්යවකාශ ක්ෂේත්රය සඳහා සකස් කර ඇත.”
පසුව, මම යම් පර්යේෂණයක් කළ අතර එය සැබවින්ම සත්ය බව මට පෙනී ගියේය. හරිත සිලිකන් කාබයිඩ් වල දෘඪතාව දියමන්ති සහ ඝන බෝරෝන් නයිට්රයිඩ් වලට පමණක් දෙවැනි වේ; වාතයේ දී, එය ඔක්සිකරණයකින් තොරව 1600°C පමණ ඉහළ උෂ්ණත්වයකට ඔරොත්තු දිය හැකිය; සහ එහි තාප ප්රසාරණ සංගුණකය සාමාන්ය ලෝහවලට වඩා හතරෙන් එකක සිට තුනෙන් එකක දක්වා පමණි. මෙම සංඛ්යා තරමක් වියළි බවක් පෙනෙන්නට තිබුණත්, ද්රව්යමය කාර්ය සාධන අවශ්යතා අතිශයින් දැඩි වන අභ්යවකාශ ක්ෂේත්රයේ, සෑම පරාමිතියකටම අතිමහත් වටිනාකමක් ගෙන දිය හැකිය.
II. බර අඩු කිරීම: අභ්යවකාශ යානයේ සදාකාලික ලුහුබැඳීම
"අභ්යවකාශ ක්ෂේත්රය සඳහා, බර අඩු කර ගැනීම සැමවිටම යතුරයි," anඅභ්යවකාශයඉංජිනේරුවරයා මට කිව්වා. “ඉතිරි කරන සෑම කිලෝග්රෑමයක්ම සැලකිය යුතු ඉන්ධන ප්රමාණයක් ඉතිරි කර ගැනීමට හෝ බර වැඩි කිරීමට ඉඩ සලසයි.” සාම්ප්රදායික ලෝහ ද්රව්ය බර අඩු කිරීම සම්බන්ධයෙන් දැනටමත් ඒවායේ සීමාවන්ට ළඟා වී ඇති බැවින්, සෑම කෙනෙකුගේම අවධානය ස්වභාවිකවම සෙරමික් ද්රව්ය වෙත යොමු වී ඇත. හරිත සිලිකන් කාබයිඩ් ශක්තිමත් කරන ලද සෙරමික් අනුකෘති සංයුක්ත යනු වඩාත්ම පොරොන්දු වූ අපේක්ෂකයන්ගෙන් එකකි. මෙම ද්රව්ය සාමාන්යයෙන් ඝනත්වය ඝන සෙන්ටිමීටරයකට ග්රෑම් 3.0-3.2 ක් පමණක් වන අතර එය වානේ වලට වඩා සැලකිය යුතු ලෙස සැහැල්ලු ය (ඝන සෙන්ටිමීටරයකට ග්රෑම් 7.8) සහ ටයිටේනියම් මිශ්ර ලෝහවලට වඩා පැහැදිලි වාසියක් (ඝන සෙන්ටිමීටරයකට ග්රෑම් 4.5) ලබා දෙයි. තීරණාත්මක ලෙස, එය බර අඩු කරන අතරතුර ප්රමාණවත් ශක්තියක් පවත්වා ගනී.
"එන්ජින් ආවරණ සඳහා හරිත සිලිකන් කාබයිඩ් සංයුක්ත භාවිතය පිළිබඳව අපි පර්යේෂණ කරමින් සිටිමු," අභ්යවකාශ එන්ජින් නිර්මාණකරුවෙකු හෙළි කළේය. "අපි සාම්ප්රදායික ද්රව්ය භාවිතා කළේ නම්, මෙම සංරචකය කිලෝග්රෑම් 200 ක් බර වනු ඇත, නමුත් නව සංයුක්ත ද්රව්ය සමඟ එය කිලෝග්රෑම් 130 ක් පමණ දක්වා අඩු කළ හැකිය. මුළු එන්ජිම සඳහාම, මෙම කිලෝග්රෑම් 70 අඩු කිරීම සැලකිය යුතු ය." ඊටත් වඩා හොඳයි, බර අඩු කිරීමේ බලපෑම කැස්කැඩින් වේ. සැහැල්ලු ව්යුහාත්මක සංරචක ඩොමිනෝ ආචරණයක් වැනි ආධාරක ව්යුහයන්හි අනුරූප බර අඩු කිරීම් සඳහා ඉඩ සලසයි. අභ්යවකාශ යානාවල ව්යුහාත්මක සංරචක බර කිලෝග්රෑම් 1 කින් අඩු කිරීම අවසානයේ පද්ධති මට්ටමේ බර කිලෝග්රෑම් 5-10 කින් අඩු කිරීමට හේතු විය හැකි බව අධ්යයනයන් පෙන්වා දී ඇත.
III. ඉහළ උෂ්ණත්ව ප්රතිරෝධය: එන්ජින්වල "ස්ථායීකාරකය"
ගුවන් එන්ජින්වල ක්රියාකාරී උෂ්ණත්වය නිරන්තරයෙන් වැඩි වෙමින් පවතී; දියුණු ටර්බෝෆෑන් එන්ජින්වල දැන් ටර්බයින් ආදාන උෂ්ණත්වය 1700°C ඉක්මවයි. මෙම උෂ්ණත්වයේ දී, බොහෝ ඉහළ උෂ්ණත්ව මිශ්ර ලෝහ පවා අසාර්ථක වීමට පටන් ගනී. “එන්ජිමේ උණුසුම් අංශ සංරචක දැනට ද්රව්ය ක්රියාකාරිත්වයේ සීමාවන් තල්ලු කරමින් සිටී,” පර්යේෂණ ආයතනයේ මගේ පන්තියේ මිතුරා පැවසීය. “අපට ඉක්මනින් ඊටත් වඩා ඉහළ උෂ්ණත්වවලදී ස්ථායීව ක්රියා කළ හැකි ද්රව්ය අවශ්ය වේ.” හරිත සිලිකන් කාබයිඩ් සංයුක්ත මෙම ප්රදේශයේ තීරණාත්මක කාර්යභාරයක් ඉටු කළ හැකිය. පිරිසිදු සිලිකන් කාබයිඩ් නිෂ්ක්රීය පරිසරයක 2500°C ට වැඩි උෂ්ණත්වයකට ඔරොත්තු දිය හැකිය, නමුත් වාතයේ දී ඔක්සිකරණය එහි භාවිතය 1600°C පමණ දක්වා සීමා කරයි. කෙසේ වෙතත්, මෙය තවමත් බොහෝ ඉහළ උෂ්ණත්ව මිශ්ර ලෝහවලට වඩා 300-400°C වැඩිය.
වඩාත් වැදගත් දෙය නම්, එය ඉහළ උෂ්ණත්වවලදී ඉහළ ශක්තියක් පවත්වා ගනී. “ලෝහ ද්රව්ය ඉහළ උෂ්ණත්වවලදී 'මෘදු' වන අතර සැලකිය යුතු ලෙස රිංගා යාමක් පෙන්නුම් කරයි,” ද්රව්ය පරීක්ෂණ ඉංජිනේරුවෙකු පැහැදිලි කළේය. “නමුත් සිලිකන් කාබයිඩ් සංයුක්තවලට 1200°C දී ඒවායේ කාමර-උෂ්ණත්ව ශක්තියෙන් 70% කට වඩා පවත්වා ගත හැකි අතර, එය ලෝහ ද්රව්ය සඳහා ලබා ගැනීම ඉතා අපහසුය.” වර්තමානයේ, සමහර පර්යේෂණ ආයතන භාවිතා කිරීමට උත්සාහ කරයිහරිත සිලිකන් කාබයිඩ්තුණ්ඩ මාර්ගෝපදේශක වෑන් සහ දහන කුටීර ලයිනර් වැනි භ්රමණය නොවන සංරචක නිෂ්පාදනය කිරීම සඳහා සංයුක්ත. මෙම යෙදුම් සාර්ථකව ක්රියාත්මක කළහොත්, එන්ජින්වල තෙරපුම සහ කාර්යක්ෂමතාව තවදුරටත් වැඩිදියුණු වනු ඇතැයි අපේක්ෂා කෙරේ. IV. තාප කළමනාකරණය: තාපය "කීකරු" කිරීම
අභ්යවකාශ වාහන අභ්යවකාශයේ අධික තාප පරිසරයන්ට මුහුණ දෙයි: හිරුට මුහුණලා ඇති පැත්ත 100°C ඉක්මවිය හැකි අතර, සෙවන ලද පැත්ත -100°C ට වඩා පහත වැටිය හැකිය. මෙම දැවැන්ත උෂ්ණත්ව වෙනස ද්රව්ය හා උපකරණ සඳහා දැඩි අභියෝගයක් එල්ල කරයි. හරිත සිලිකන් කාබයිඩ් ඉතා යෝග්ය ලක්ෂණයක් ඇත - විශිෂ්ට තාප සන්නායකතාවය. එහි තාප සන්නායකතාවය සාමාන්ය ලෝහවලට වඩා 1.5-3 ගුණයකින් සහ සාමාන්ය සෙරමික් ද්රව්යවලට වඩා 10 ගුණයකට වඩා වැඩිය. මෙයින් අදහස් කරන්නේ එය උණුසුම් ප්රදේශවලින් සීතල ප්රදේශවලට තාපය ඉක්මනින් මාරු කළ හැකි බවත්, දේශීය අධික උනුසුම් වීම අඩු කරන බවත්ය. "චන්ද්රිකා වල තාප පාලන පද්ධතිවල හරිත සිලිකන් කාබයිඩ් සංයුක්ත භාවිතා කිරීම අපි සලකා බලමින් සිටිමු," අභ්යවකාශ නිර්මාණකරුවෙකු පැවසීය, "උදාහරණයක් ලෙස, තාප පයිප්ප ආවරණයක් ලෙස හෝ තාප සන්නායක උපස්ථර ලෙස, සමස්ත පද්ධතියේ උෂ්ණත්වය වඩාත් ඒකාකාරී කිරීමට."
ඊට අමතරව, එහි තාප ප්රසාරණ සංගුණකය ඉතා කුඩා වන අතර එය 4×10⁻⁶/℃ පමණ වන අතර එය ඇලුමිනියම් මිශ්ර ලෝහයෙන් පහෙන් එකක් පමණ වේ. උෂ්ණත්ව වෙනස්වීම් සමඟ එහි ප්රමාණය පාහේ නොවෙනස්ව පවතී, නිරවද්ය පෙළගැස්මක් අවශ්ය වන අභ්යවකාශ දෘශ්ය පද්ධති සහ ඇන්ටෙනා පද්ධතිවල විශේෂයෙන් වටිනා ලක්ෂණයකි. "සිතන්න," නිර්මාණකරු උදාහරණයක් ලෙස, "සූර්යයාට මුහුණලා ඇති සහ සෙවන ලද පැති අතර සෙල්සියස් අංශක සිය ගණනක උෂ්ණත්ව වෙනසක් සහිත කක්ෂයේ ක්රියාත්මක වන විශාල ඇන්ටෙනාවක්. සාම්ප්රදායික ද්රව්ය භාවිතා කරන්නේ නම්, තාප ප්රසාරණය සහ හැකිලීම ව්යුහාත්මක විරූපණයට හේතු විය හැකි අතර එය යොමු කිරීමේ නිරවද්යතාවයට බලපායි. අඩු ප්රසාරණ හරිත සිලිකන් කාබයිඩ් සංයුක්ත ද්රව්ය භාවිතා කරන්නේ නම්, මෙම ගැටළුව බෙහෙවින් සමනය කළ හැකිය."
V. රහසිගතභාවය සහ ආරක්ෂාව: "ඔරොත්තු දීම" පමණක් නොවේ
නවීන අභ්යවකාශ වාහන සඳහා රහසිගත ක්රියාකාරිත්වය සඳහා වැඩි වැඩියෙන් ඉල්ලුමක් පවතී. රේඩාර් රහසිගතභාවය ප්රධාන වශයෙන් සාක්ෂාත් කරගනු ලබන්නේ හැඩය නිර්මාණය සහ රේඩාර්-අවශෝෂක ද්රව්ය හරහා වන අතර හරිත සිලිකන් කාබයිඩ් ද මෙම ප්රදේශයේ පාලනය කළ හැකි විභවයක් ඇත. "පිරිසිදු සිලිකන් කාබයිඩ් යනු අර්ධ සන්නායකයක් වන අතර එහි විද්යුත් ගුණාංග මාත්රණය කිරීම හරහා සකස් කළ හැකිය," ක්රියාකාරී ද්රව්ය විශේෂඥයෙක් හඳුන්වා දුන්නේය. "අපට නිශ්චිත සංඛ්යාත පරාසයක් තුළ රේඩාර් තරංග අවශෝෂණය කිරීම සඳහා නිශ්චිත ප්රතිරෝධයක් සහිත සිලිකන් කාබයිඩ් සංයුක්ත ද්රව්ය නිර්මාණය කළ හැකිය." මෙම අංගය තවමත් පර්යේෂණ අවධියේ පැවතුනද, සමහර රසායනාගාර දැනටමත් X-කලාපයේ (8-12 GHz) හොඳ රේඩාර්-අවශෝෂණ කාර්ය සාධනයක් සහිත සිලිකන් කාබයිඩ් මත පදනම් වූ සංයුක්ත ද්රව්ය සාම්පල නිපදවා ඇත.
අවකාශ ආරක්ෂාව සම්බන්ධයෙන් ගත් කල, දෘඪතාවයේ වාසියහරිත සිලිකන් කාබයිඩ්"එය ද පැහැදිලිය. අභ්යවකාශයේ ක්ෂුද්ර උල්කාපාත සහ අභ්යවකාශ සුන්බුන් විශාල සංඛ්යාවක් ඇත. එක් එක් ස්කන්ධය ඉතා කුඩා වුවද, ඒවායේ වේගය අතිශයින් ඉහළ ය (තත්පරයට කිලෝමීටර දස දහස් ගණනක් දක්වා), එහි ප්රතිඵලයක් ලෙස ඉතා ඉහළ බලපෑම් ශක්තියක් ලැබේ. "අපගේ අත්හදා බැලීම්වලින් පෙනී යන්නේ හරිත සිලිකන් කාබයිඩ් සංයුක්ත ද්රව්ය එකම ඝනකමකින් යුත් ඇලුමිනියම් මිශ්ර ලෝහ හා සසඳන විට අධිවේගී අංශු බලපෑමට 3-5 ගුණයක ප්රතිරෝධයක් ඇති බවයි," අභ්යවකාශ ආරක්ෂණ පර්යේෂකයෙක් පැවසීය. "අනාගතයේදී අභ්යවකාශ මධ්යස්ථානවල හෝ ගැඹුරු අභ්යවකාශ ගවේෂණවල ආරක්ෂිත ස්ථරවල භාවිතා කළහොත්, එය ආරක්ෂාව සැලකිය යුතු ලෙස වැඩිදියුණු කළ හැකිය."
අභ්යවකාශ සංවර්ධනයේ ඉතිහාසය, එක් අර්ථයකින්, ද්රව්යමය ප්රගතියේ ඉතිහාසයයි. දැව සහ කැන්වසයේ සිට ඇලුමිනියම් මිශ්ර ලෝහ දක්වාත්, පසුව ටයිටේනියම් මිශ්ර ලෝහ සහ සංයුක්ත ද්රව්ය දක්වාත්, සෑම ද්රව්යමය නවෝත්පාදනයක්ම ගුවන් යානා ක්රියාකාරිත්වයේ පිම්මක් ඇති කර තිබේ. සමහර විට හරිත සිලිකන් කාබයිඩ් කුඩු සහ එහි සංයුක්ත ද්රව්ය ඊළඟ ඉදිරි පිම්ම සඳහා වැදගත් ගාමක බලවේගයක් වනු ඇත. රසායනාගාරවල කඩිසරව පර්යේෂණ කරන සහ කර්මාන්තශාලාවල විශිෂ්ටත්වය සඳහා වෙහෙසෙන එම ද්රව්ය විද්යාඥයින් නිහඬව අහසේ අනාගතය වෙනස් කරමින් සිටිය හැකිය. හරිත සිලිකන් කාබයිඩ්, මෙම සාමාන්ය ද්රව්යය, ඔවුන්ගේ අතේ ඇති “මැජික් කුඩු” විය හැකි අතර, මානව වර්ගයාට ඉහළට, දුරින් සහ ආරක්ෂිතව පියාසර කිරීමට උපකාරී වේ.