2020 m. prasideda naujas kosmoso tyrinėjimų ir inovacijų dešimtmetis, kai nikelio turintys lydiniai atlieka svarbų vaidmenį daugelyje programų, įskaitant raketų, ratų ir katalizatorių gamybą.
SpaceX, kompanija, užsiimanti aviacijos ir kosmoso įrangos gamyba ir pakartojamu kosminiu transportu, naudoja nikelio turintį 304 (S30400) nerūdijantį plieną Starships ir itin sunkių raketų gamybai.
Kaina yra mažesnė, palyginti su anglies pluoštu, kurio kilogramas kainuoja daugiau nei 60 kartų daugiau. Jis taip pat yra daug atsparesnis karščiui nei anglies pluoštas ar kiti metalai, todėl jam reikia daug mažesnės arba net tolygesnės izoliacijos.
Tuo tarpu NASA tiria kitą galimą nikelio turinčių medžiagų pritaikymą zondo ratuose. Guminiai ratai Mėnulyje ar Marse yra nepraktiški, todėl originalūs Apollo Mėnulio rover ratai buvo pagaminti iš spyruoklinio plieno, tačiau spyruokliniai plieniniai ratai ant didelių ir sunkių ratų, skirtų naudoti Marse, deformuotųsi. Siekdama išspręsti šią problemą, NASA kuria metalo tinklelio padangą, pagamintą iš nikelio ir titano lydinio, kuri turi formos atminties savybių ir gali susidoroti su 30 kartų didesne deformacija nei spyruoklinio plieno ratas.
„SpaceX Starship“, aprūpintas raketiniu varikliu „Raptor“, yra vienas pirmųjų Starship, varomų skystu metanu ir skystu deguonimi, ir sukurtas naudoti 1,{1}}. Metanas buvo pasirinktas gaminti raketų kurą Marse grįžtant atgal. Metanas gali būti gaminamas naudojant anglies dioksidą ir vandenilį per Chabatier reakciją, kai vandenilis reaguoja su anglies dioksidu per katalizatorių aukštoje temperatūroje (optimali temperatūra yra 300-400 laipsnis) ir aukštu slėgiu, kad susidarytų metanas ir vanduo. Vienas iš tokių katalizatorių, kurį galima naudoti, yra nikelis.
Marso atmosferą sudaro 95 procentai anglies dioksido, o NASA patvirtino, kad Marse yra vandens – žaliavų, reikalingų metanui ir deguoniui gaminti raketų stiprintuvams ir deguoniui astronautams kvėpuoti. Nikelio turinčių medžiagų taip pat reikia dėl žemesnės raudonosios planetos aplinkos temperatūros ir žemos temperatūros, reikalingos suskystinto metano, vandenilio ir deguonies gamybai.
Nikelio ir vario lydinys K-500 (N05500)pasižymi puikiu lankstumu žemoje temperatūroje ir yra atsparus liepsnai gryname deguonyje. Dėl to tai yra tinkamiausias pasirinkimas deguonies stiprintuvo siurbliui, kuris tiekia deguonį raketų varikliams.
Dėl didelio stiprumo ir tvirtumo,Lydinys 718 (N07718)yra krituliais kietinamas nikelio ir chromo lydinys, naudojamas orlaivių turboreaktyviniuose, raketiniuose varikliuose ir slėginiuose induose ir gali atlaikyti žemą temperatūrą iki -250 laipsnio. Suskystinti dujas ir pasiekti pagreitį. Tačiau dėl 718 lydinio savybių jį sunkiau apdirbti ir formuoti nei kitų medžiagų. Investicinio liejimo procesai gali būti problemiški, nes lydinys 718 yra jautrus akytumui, atsiskyrimui ir labai stambiam grūdėtumui, todėl reikia tolesnių apdorojimo etapų.
Koks yra sprendimas? 3D spausdinimas gali efektyviau panaudoti nikelio pagrindu pagamintus lydinius, pvz., 718 lydinius, naudojant sudėtingų konstrukcijų didelio našumo programas.
3D spausdinimas leidžia lengviau apdoroti 718 lydinį ir gerai išlaiko medžiagos savybes. Proceso metu išvengiama suvirinimo ir apdirbimo, todėl labai sumažėja medžiagų švaistymas. Šio gamybos metodo pranašumai buvo parodyti 3D spausdinimu 718 lydinio raketinio variklio prototipą. Prototipas buvo sukurtas tik naudojant dirbtinį intelektą ir sukurtas Hyperganic Software Vokietijoje.
Skirtingai nuo įprastų raketų variklių, kuriuos sudaro individualiai suprojektuoti ir surinkti komponentai, 3D atspausdintas prototipas yra vientisa visuma. Jame yra degimo kamera, kurioje dega kuras ir oksidatoriai, ir paviršiaus kanalai, kurie cirkuliuoja kurą, kad atvėsintų degimo kamerą ir išvengtų perkaitimo. Monolitinės konstrukcijos metodas garantuoja mažiausią svorį ir efektyviausią aušinimą, kad būtų užtikrintas geriausias konkrečios raketos veikimas. Vulcan II raketų projekte Kalifornijos universitete San Diege taip pat naudojamas 3D spausdinimas, kad būtų pagamintas Ignus II 718 lydinio raketinis variklis. Ateityje naudojant kiekvieną naują taikymą nikelis padės tyrinėti kosmosą toliau.
