Vědci na ISS levitují roztavený kov: Cesta k ultrapevným kovovým sklům pro vesmír i motory

Vědecký tým pod vedením materiálového vědce Ralfa Busche ze Sárské univerzity se připravuje na svou první vesmírnou misi. Od 31. srpna budou vědci po dobu jednoho týdne na Mezinárodní vesmírné stanici (ISS) na dálku studovat slitiny kovových skel.

Vědecký tým pod vedením materiálového vědce Ralfa Busche ze Sárské univerzity se připravuje na svou první vesmírnou misi. Od 31. srpna budou vědci po dobu jednoho týdne na Mezinárodní vesmírné stanici (ISS) na dálku studovat slitiny kovových skel. Ve spolupráci s Evropskou kosmickou agenturou (ESA) a Německým leteckým a kosmickým centrem (DLR) budou zkoumat vlastnosti těchto slitin pomocí horkých, levitujících kapek. Cílem je získat nová, vysoce přesná data, která pomohou materiál dále zdokonalit. Další série experimentů na ISS s jinými slitinami je již v přípravě.

Klíčovou výhodou Mezinárodní vesmírné stanice pro saarbrückenské materiálové vědce je zdánlivá beztíže. Ačkoli gravitační síla Země ve výšce asi 400 kilometrů není o mnoho menší než na povrchu planety, ISS se pohybuje velmi vysokou rychlostí, což ji udržuje v nepřetržitém volném pádu kolem Země a vše na palubě se jeví jako beztížné. Tento trvalý stav beztíže je přesně to, co tým Ralfa Busche potřebuje: kapky jejich nové slitiny mohou zůstat stabilní a nehybné během měření. Na Zemi by bylo nutné použít mnohem větší síly k udržení kapky v pozici, což by mohlo zkreslovat měření, například vlivem proudění uvnitř kapky.

Ralf Busch je jedním z mezinárodních průkopníků v oblasti kovových skel. Jedná se o kovy, které tuhnou jako sklo, což znamená, že jejich vnitřní atomová struktura je neuspořádaná, amorfní, na rozdíl od krystalické struktury běžných kovů. Tyto slitiny jsou pevnější než ocel, elastické a při zvýšených teplotách je lze tvarovat jako plasty, což umožňuje jejich zpracování technikami, jako je vstřikování nebo 3D tisk kovů. To umožňuje vytvářet složité geometrie téměř jakéhokoli druhu. Buschova výzkumná skupina na Sárské univerzitě již drží několik patentů na nové, ultrapevné slitiny s novými vlastnostmi. Tyto materiály mají potenciál pro použití v motorech a strojích, například pro energeticky účinnější elektromotory, a také pro šrouby a geometricky složité díly, které odolávají extrémním podmínkám v leteckém a kosmickém průmyslu.

Experimenty na vesmírné stanici, které proběhnou od 31. srpna do 4. září, se zaměří na slitiny niklu a niobu a niklu, niobu a síry. Kapky kovového skla, speciálně vyrobené v kampusu Sárské univerzity, již byly dopraveny na ISS. Budou zkoumány levitující kapky zahřáté na teploty až 1700 °C, aby se studovaly materiálové vlastnosti, jako je povrchové napětí, viskozita, tepelná roztažnost, přechlazení, oscilační chování a tepelná kapacita. Slitina je vysoce reaktivní, takže na ISS není potřeba kelímek k roztavení kuliček. Experimenty budou probíhat v modulu Columbus ESA za použití elektromagnetického levitátoru (EML). Lucas Eisenhut, doktorand z Buschovy skupiny, bude experimenty řídit z řídicího centra DLR v Kolíně nad Rýnem, přičemž ISS bude přenášet živý přenos, což umožní úpravu parametrů v reálném čase.