آزمایش‌های فضایی چین آلیاژ تحولی برای پرواز مافوق صوت تولید کرد

آزمایش‌های سه‌ساله در ایستگاه فضایی تیانگونگ چین، نتایج چشمگیری را به بار آورده است که می‌تواند عملکرد موشک‌ها و وسایل نقلیه مافوق صوت را بهبود بخشد.

دانشمندان از این داده‌ها برای ایجاد مواد جدیدی به نام آلیاژ نیوبیوم-سیلیکون استفاده کرده‌اند. نیوبیوم یک فلز نادر است که عمدتاً در فولادهای با کارایی بالا استفاده می‌شود.

این آلیاژ می‌تواند دماهای بسیار بالا را تحمل کند، که آن را برای موتورهای هواپیماهای با کارایی بالا ایده‌آل می‌کند.

به گزارش نشریه پایون لندن چین (SCMP) ، تیغه‌های موتور توربوفن ساخته شده از آلیاژ نیوبیوم-سیلیکون می‌توانند دماهای بسیار بالا یعنی بیش از ۳۰۹۲ درجه فارنهایت (۱۷۰۰ درجه سانتی‌گراد) را تحمل کنند.

قدرت بالاتر و فرآیند سریع‌تر

آلیاژ نیوبیوم-سیلیکون ساخت بسیار دشواری دارد. تا کنون، دو چالش عمده برای تولید عمده این آلیاژ وجود داشت: رشد کند بلورها و شکنندگی.

تشکیل بلورهای قوی اغلب زمان زیادی نیاز دارد - در حدود ۱۰۰ ساعت در دمای نزدیک به ۲۹۱۲ درجه فارنهایت (۱۶۰۰ درجه سانتی‌گراد). علاوه بر این، ماده حاصل در دمای اتاق بسیار شکننده است که استفاده از آن را در تولید موتور نامناسب می‌کند.

تیمی به رهبری وی بینگبو، یک آکادمیسین از آکادمی علوم چین و استاد دانشگاه پلی‌تکنیک شمال غربی، با موفقیت چالش‌های مرتبط با تولید آلیاژ نیوبیوم-سیلیکون را حل کرده است.

آنها روشی برای سرد سازی سریع توسعه داده‌اند که امکان تولید بلورهای نیوبیوم-سیلیکون با کیفیت بالا با سرعت نزدیک به ۳.۵ اینچ (۹ سانتی‌متر) در ثانیه را فراهم می‌کند. این امر به طور چشمگیری زمان تولید را نسبت به روش‌های سنتی کاهش می‌دهد.

تیم همچنین مقدار کمی کتافنیوم به آلیاژ اضافه کرد تا قدرت بلورها را افزایش دهد. این باعث شد که قدرت آن در دمای اتاق بیش از سه برابر افزایش یابد. این بهبود مشکل شکنندگی را حل می‌کند و آلیاژ را برای استفاده در فرآیندهای تولید موتورهای دشوار مناسب می‌کند.

پژوهش ایستگاه فضایی

این توسعه پیامدهایی برای چین ‘صنعت هوافضا دارد. طبق گزارش SCMP , ایالات متحده تحریم‌هایی بر دانشگاه‌های چینی مانند دانشگاه پلی‌تکنیک شمال غربی اعمال کرده است که تحقیقات آنها را مختل کرده است.

این دانشگاه در حال تسریع در تحقیق بر روی فناوری‌های پیشرفته مانند هواپیماهای مافوق صوت است. این امر منجر به افزایش حمایت دولت و ارتش چین شده است که به تیم وی اجازه داده است از سال ۲۰۲۱ آزمایش‌هایی در ایستگاه فضایی چین انجام دهد.

محیط ریزگرانش فضا، رفتار مواد را نسبت به زمین که جاذبه نقش اصلی را بازی می‌کند، تغییر می‌دهد. در غیاب جاذبه، فرآیندهایی مانند رشد بلورها و جامد شدن به گونه‌ای متفاوت رخ می‌دهند.

آزمایش‌های ریزگرانش منجر به مشاهده پدیده‌های منحصر به فرد متعددی شد.

در طی جامدسازی سریع آلیاژ نیوبیوم-سیلیکون، یک ساختار پوسته‌ای منقبض‌کننده در محیط ریزگرانش شکل گرفت - برخلاف چیزهایی که معمولاً در زمین مشاهده می‌شود.

الگوهای رشد بلور که در فضا مشاهده شدند با آنچه در آزمایش‌های زمینی مشاهده شد متفاوت بودند. این تحقیق گسترده و درک منجر به توسعه آلیاژ نیوبیوم-سیلیکون شد.

محققان آن را به عنوان یک "هدیه از بهشت" خواندند.

طبق نظر کارشناسان صنعت، تولید انبوه آلیاژ نیوبیوم-سیلیکون می‌تواند صنایع نظامی و تولید با کیفیت بالای چین را تقویت کند.

وابستگی چین به واردات نیوبیوم به اهمیت استراتژیک این کشف اشاره دارد.

گزارش شده است که این کشور بزرگترین مصرف‌کننده این فلز نادر در جهان است. با این حال، چین کمتر از ۱ درصد از ذخایر نیوبیوم جهان را دارا است. برزیل، یکی از تأمین‌کنندگان اصلی چین و عضوی از بریکس، تقریباً ۹۰ درصد از نیوبیوم جهان را تولید می‌کند.

یافته‌ها در نشریه Acta Physica Sinica. منتشر شده‌اند.