Уникальные условия на МКС предоставят исследователям возможности, которые сложно воспроизвести на Земле.
Группа материаловедов под руководством Ральфа Буша из Саарского университета (UdS) готовится к своей первой научной миссии в космосе. С 31 августа на протяжении недели исследователи будут в режиме реального времени дистанционно управлять экспериментами на Международной космической станции, изучая необычные металлические сплавы — так называемое металлическое стекло. Эти работы проводятся в сотрудничестве с Европейским космическим агентством (ESA) и Германским центром авиации и космонавтики (DLR).
Главное преимущество МКС для таких исследований — это состояние невесомости. На высоте примерно 400 километров гравитация почти такая же, как на поверхности Земли, но поскольку станция движется вперед с высокой скоростью, она находится в постоянном свободном падении вокруг планеты, и все на борту в этот момент находятся в состоянии невесомости. Именно это и необходимо команде Буша: крошечные капли расплавленного сплава должны «висеть» в пространстве, не соприкасаясь со стенками и не искажая результаты измерений.
Металлическое стекло — это металл, который при охлаждении застывает «как стекло». В обычных металлах атомы располагаются в регулярной кристаллической решетке. В металлическом стекле внутренний порядок атомов нарушен, структура сплава аморфная, как у оконного стекла. Для получения такого состояния необходимо подобрать состав сплава так, чтобы кристаллизация происходила очень медленно и атомы не успевали организоваться в кристалл. На это уходит много времени: «Мы проектируем такие сплавы в многомерном пространстве составов, чтобы замедлить кристаллизацию и получить нужный набор свойств», — объясняет Буш.
Название «стекло» не должно вводить в заблуждение: такие сплавы прочнее стали, при этом обладают упругостью и при нагреве формируются как пластик. Их можно отливать под давлением или использовать в металлической 3D‑печати, получая весьма сложные формы. Команда Буша уже имеет несколько патентов на сверхпрочные сплавы, подходящие для изготовления деталей двигателей и узлов, способных выдерживать экстремальные условия в космосе.
На МКС исследователи будут изучать никель-ниобиевые и никель-ниобий-серные сплавы. Капли размером с бусину нагреют до 1700 градусов и будут удерживать в подвешенном состоянии в установке Electromagnetic Levitator в модуле Columbus. Без тигля и контакта со стенками можно точнее измерить поверхностное натяжение, вязкость, тепловое расширение, поведение при переохлаждении и другие характеристики. «В условиях микрогравитации на МКС требуются значительно меньшие силы, чтобы удержать каплю на месте — это огромный плюс», — отмечает Буш.
