Зачем российские двигатели для космоса хотят делать из керамики
Учёные из России создали и, что важно, опробовали технологию, которая позволит создавать космические двигатели из керамики.
В представлении обычного человека керамика — это глиняные сосуды из тонкого и хрупкого материала. Однако совсем иное подразумевает под словом "керамика" любой химик. Например, керамическими являются некоторые высокотемпературные сверхпроводники.
В отличие от металлов керамика способна выдерживать более высокие температуры: если деталь из металлического сплава теряет свойства уже при 1700 градусах Цельсия (чаще рубеж приходится на отметку 1200-1400 °C), то керамическая на основе оксида алюминия выдержит и 2000 °C. Кроме того, она будет значительно легче.
Получается, на вывод на орбиту ракеты из керамики будет затрачено меньше топлива или же она сможет взять с собой больше полезной нагрузки. Кроме того, более высокие температуры рабочего тела в тепловых двигателях позволяют повышать их КПД.
Словом, керамика — очень перспективный материал, а точнее целый огромный класс материалов, который физики и химики изучают уже очень давно.
Однако загвоздка в том, что созданные керамические детали необходимо как-то соединять. И вот тут появляется самое тонкое место, которое сводит на нет все остальные выдающиеся свойства керамики.
Шов — место, где соединяются детали — не обладает теми же прочностными характеристиками, а потому он может разрушаться под нагревом и нагрузками.
Своё решение этой проблемы недавно представили специалисты компании "Экипо". Они создали технологию сращивания деталей из керамики с помощью нанопаст. После нагрева такой "шов" по своему строению практически не отличается от основного материала, из которого выполнена деталь.
Российские изобретатели создали образец реального маршевого ракетного двигателя и турбины в меньшем масштабе (примерно с ладонь).
"На вид в нём ничего необычного, однако сейчас никто в мире подобный двигатель сделать пока не смог. Мы научились сращивать керамику так, чтобы швы были малозаметны, а их прочностные характеристики совершенно не уступали параметрам основного монолитного материала", — сообщил руководитель проекта Вячеслав Тёмкин.
Испытания показали, что образцы выдерживают неизбежный при работе ракетных двигателей термоудар до почти двух тысяч градусов. Более того, в ходе испытаний все образцы выдержали более 120 таких термоударов.
Если создать такой же двигатель из металлических сплавов, то он будет уступать керамическому в КПД на 15%. Ведь он будет работать при более низких температурах и ему нужна будет система охлаждения.
Также, согласно расчётам, которые провели разработчики, полноценный двигатель из керамики будет работать дольше и будет на 20% легче своих металлических собратьев.
Ещё одно более земное применение новинки: внутри турбин, которые используются в энергетике. В том числе для портативных электростанций.
Сейчас материалы испытаний переданы в "Роскосмос" и КБ "Химмаш", где новинку изучают специалисты.
Больше важных и интересных новостей из мира науки вы найдёте в разделе "Наука" на медиаплатформе "Смотрим".
"Смотрим" ‐ ВКонтакте, Одноклассники, Яндекс.Дзен и Telegram
Вести.Ru ‐ ВКонтакте, Одноклассники, Яндекс.Дзен и Telegram.