Pertumbuhan kristal homogen dari larutan padat senyawa A2B6 dan A3B5 dianggap sebagai salah satu bidang ilmu material luar angkasa yang menjanjikan. Metode ini telah digunakan untuk menumbuhkan kristal di luar angkasa.

Namun, bahkan di sini, dalam beberapa kasus, ketidakhomogenan besar sifat-sifat kristal yang tumbuh diamati. Saat ini, penelitian ke arah ini berlanjut di luar negeri. Secara khusus, program ekstensif penelitian teoretis dan eksperimen berbasis darat sedang dilakukan di Jepang untuk mempersiapkan eksperimen ruang angkasa guna mendapatkan kristal In1-xGaxAs dan Cd1-xZnxTe yang homogen pada modul ISS Jepang. Eksperimen serupa direncanakan oleh para ilmuwan Eropa di bawah program MAP. Oleh karena itu, eksperimen VAMPIR yang direncanakan sesuai dengan tren terbaru dalam ilmu material luar angkasa.

PENGANTAR

Saat ini, banyak prestasi astronotika yang banyak digunakan di berbagai cabang perekonomian nasional. Penggunaan satelit bumi buatan untuk kebutuhan komunikasi, televisi, meteorologi, kartografi, navigasi, untuk studi sumber daya alam, untuk kepentingan geologi, pertanian, kehutanan, dan perikanan telah memasuki kehidupan sehari-hari umat manusia. Namun, peningkatan fasilitas ruang angkasa yang terus-menerus membuka semakin banyak kemungkinan baru untuk penerapannya dalam ekonomi dan sains nasional. Salah satu bidang kosmonotika yang menjanjikan adalah produksi material baru secara osmosis. Solusi praktis untuk masalah ilmiah dan teknis yang penting ini telah menjadi mungkin dalam beberapa tahun terakhir berkat keberhasilan yang dicapai dalam pembuatan stasiun orbital berawak jangka panjang dan kendaraan transportasi yang dirancang untuk mengantarkan astronot ke stasiun ini dan kembali ke Bumi bersama dengan bahan habis pakai yang diperlukan. (film fotografi, bahan bakar, persediaan makanan dan lain-lain).

Penelitian di bidang produksi bahan di luar angkasa disebabkan oleh keinginan untuk menggunakan dalam proses teknologi kondisi yang tidak biasa yang diciptakan selama pergerakan pesawat ruang angkasa di orbit dekat Bumi: pertama-tama, keadaan tanpa bobot yang panjang, serta lingkungan sekitarnya vakum dalam, suhu tinggi dan rendah, dan radiasi kosmik.

Di bawah kondisi tanpa bobot, sejumlah proses fisik yang diketahui berlangsung secara berbeda daripada di bawah kondisi duniawi yang kita kenal (di bawah pengaruh gravitasi). Jadi, dalam keadaan tanpa bobot tidak ada gaya Archimedes, yang dalam kondisi terestrial biasa menyebabkan stratifikasi zat cair dengan kepadatan berbeda, konveksi alami melemah, yang dalam kondisi terestrial menyebabkan pencampuran lapisan cairan dan gas dengan suhu berbeda. Ini membuka kemungkinan mendasar baik untuk mendapatkan material baru secara kualitatif dalam gravitasi nol dan untuk meningkatkan sifat material yang ada.

Dalam keadaan tanpa bobot, retensi tanpa wadah dari logam cair di ruang angkasa dimungkinkan, karena itu dimungkinkan untuk menghindari kontaminasi karena masuknya kotoran dari dinding wadah dan sebagai hasilnya memperoleh zat ultra murni. Dalam keadaan tanpa bobot, perilaku cairan ditentukan oleh gaya tegangan permukaan, dan ini harus diperhitungkan bahkan ketika melakukan proses teknologi umum seperti pengelasan, penyolderan, peleburan, dll.

Di Uni Soviet, eksperimen teknologi pertama dilakukan pada tahun 1969. Di atas pesawat ruang angkasa berawak Soyuz-6 dalam kondisi tanpa bobot yang berkepanjangan, pilot-kosmonot Uni Soviet V.N. E. O. Paton dari Akademi Ilmu Pengetahuan SSR Ukraina, mengerjakan berbagai metode pengelasan logam. Kemungkinan praktis untuk melakukan berbagai operasi pengelasan dalam kondisi ruang telah dikonfirmasi. Eksperimen teknologi dilakukan pada tahun 1975 selama penerbangan stasiun orbital Salyut-4, serta selama penerbangan bersama pesawat ruang angkasa Soyuz dan Apollo. Beberapa eksperimen teknologi dilakukan pada roket ketinggian tinggi yang diluncurkan secara vertikal selama penerbangan pasif (dengan mesin yang dinonaktifkan) di lapisan atas atmosfer (dalam hal ini, keadaan tanpa bobot dipastikan untuk waktu yang singkat - sekitar sepuluh menit).

Langkah baru menuju penciptaan fondasi ilmiah produksi ruang angkasa dibuat selama penerbangan stasiun ilmiah orbital Salyut-5, ketika pilot-kosmonot Uni Soviet B.V. Voltov, V.M. Zholobov, V.V. Gorbato dan Yu.N. Glazkov melakukan a siklus percobaan teknologi menggunakan seperangkat instrumen "Kristal", "Aliran", "Bola", "Difusi" dan "Reaksi".

Penelitian teknologi luar angkasa juga sedang dilakukan di Amerika Serikat dan negara-negara lain. Berbagai eksperimen teknologi dilakukan pada pesawat ruang angkasa Apollo 14, -16, -17, di stasiun orbital Skylab, selama peluncuran roket ketinggian tinggi Black Brant.

Brosur ini memberikan gambaran tentang keadaan penelitian saat ini di bidang teknologi ruang angkasa dan produksi ruang angkasa. Ini menceritakan tentang bidang produksi ruang angkasa yang menjanjikan, seperti memperoleh logam, bahan semikonduktor, kaca optik, keramik, persiapan biomedis, dll.

Kondisi fisik di pesawat luar angkasa

Selama penerbangan pesawat ruang angkasa di orbit dekat Bumi, kondisi muncul di pesawat yang biasanya tidak ditemui seseorang di Bumi. Yang pertama adalah kondisi tanpa bobot yang berkepanjangan.

Seperti yang Anda ketahui, berat suatu benda adalah gaya yang bekerja pada suatu penyangga. Jika tubuh dan penyangga bergerak bebas di bawah aksi gravitasi dengan percepatan yang sama, yaitu jatuh bebas, maka berat tubuh hilang. Properti benda jatuh bebas ini didirikan oleh Galileo. Dia menulis: “Kami merasakan beban di pundak kami ketika kami mencoba untuk mencegahnya jatuh bebas. Tetapi jika kita mulai bergerak ke bawah dengan kecepatan yang sama dengan beban yang ada di punggung kita, lalu bagaimana hal itu dapat menekan dan membebani kita? Seolah-olah kita ingin memukul dengan tombak seseorang yang berlari di depan kita dengan kecepatan yang sama dengan gerakan tombak itu.

Ketika sebuah pesawat ruang angkasa bergerak di orbit Bumi, itu jatuh bebas. Perangkat jatuh sepanjang waktu, tetapi tidak dapat mencapai permukaan bumi, karena kecepatan seperti itu diberikan padanya, yang membuatnya berputar tanpa henti di sekitarnya (Gbr. 1). Inilah yang disebut kecepatan kosmik pertama (7,8 km/s). Secara alami, semua benda di atas peralatan kehilangan beratnya, dengan kata lain, keadaan tanpa bobot terjadi.

Beras. 1. Munculnya keadaan tanpa bobot pada pesawat luar angkasa

Keadaan tanpa bobot juga dapat direproduksi di Bumi, tetapi hanya untuk waktu yang singkat. Untuk melakukan ini, misalnya, menara tanpa bobot digunakan - struktur tinggi, di mana wadah penelitian jatuh bebas. Kondisi yang sama terjadi pada pesawat terbang dengan mesin dimatikan di sepanjang lintasan elips khusus. Di menara, keadaan tanpa bobot berlangsung beberapa detik, di pesawat terbang - puluhan detik. Di atas pesawat ruang angkasa, keadaan ini dapat berlanjut untuk waktu yang lama.

Keadaan tanpa bobot total ini merupakan idealisasi dari kondisi yang sebenarnya ada selama penerbangan luar angkasa. Faktanya, keadaan ini dilanggar karena berbagai percepatan kecil yang bekerja pada pesawat ruang angkasa selama penerbangan orbit. Sesuai dengan hukum ke-2 Newton, munculnya percepatan seperti itu berarti bahwa gaya benda kecil mulai bekerja pada semua benda di pesawat ruang angkasa, dan, akibatnya, keadaan tanpa bobot dilanggar.

Percepatan kecil yang bekerja pada pesawat ruang angkasa dapat dibagi menjadi dua kelompok. Kelompok pertama mencakup percepatan yang terkait dengan perubahan kecepatan peralatan itu sendiri. Misalnya, karena hambatan lapisan atas atmosfer, ketika peralatan bergerak pada ketinggian sekitar 200 km, ia mengalami percepatan 10 -5 g 0 (g 0 adalah percepatan gravitasi di dekat Permukaan bumi, sama dengan 981 cm/s 2). Ketika mesin dihidupkan pada pesawat ruang angkasa untuk mentransfernya ke orbit baru, ia juga mengalami efek akselerasi.

Kelompok kedua mencakup percepatan yang terkait dengan perubahan orientasi pesawat ruang angkasa di ruang angkasa atau dengan perpindahan massa di dalamnya. Percepatan ini terjadi selama pengoperasian mesin sistem kontrol sikap, selama pergerakan astronot, dll. Biasanya, besarnya percepatan yang diciptakan oleh mesin sikap adalah 10–6 - 10–4 g 0 . Percepatan yang timbul akibat aktivitas astronot yang berbeda terletak pada kisaran 10 -5 - 10 -3 g 0 .

Ketika berbicara tentang tanpa bobot, penulis beberapa artikel populer tentang teknologi luar angkasa menggunakan istilah "gravitasi mikro", "dunia tanpa gravitasi", dan bahkan "keheningan gravitasi". Karena dalam keadaan tanpa bobot tidak ada berat, tetapi ada gaya gravitasi, istilah-istilah ini harus diakui sebagai salah.

Sekarang mari kita perhatikan kondisi lain yang ada di pesawat ruang angkasa selama penerbangan mereka mengelilingi Bumi. Pertama-tama, ini adalah ruang hampa yang dalam. Tekanan atmosfer bagian atas pada ketinggian 200 km adalah sekitar 10–6 mm Hg. Seni., dan pada ketinggian 300 km - sekitar 10 -8 mm Hg. Seni. Ruang hampa seperti itu juga dapat diperoleh di Bumi. Namun, ruang terbuka dapat disamakan dengan pompa vakum dengan kapasitas yang sangat besar, yang mampu memompa gas dengan sangat cepat keluar dari wadah pesawat ruang angkasa mana pun (untuk ini, cukup untuk menekannya). Namun, dalam hal ini, perlu mempertimbangkan tindakan beberapa faktor yang menyebabkan kerusakan ruang hampa di dekat pesawat ruang angkasa: kebocoran gas dari bagian dalamnya, penghancuran cangkangnya di bawah pengaruh radiasi matahari, polusi udara. ruang di sekitarnya karena pengoperasian mesin sistem orientasi dan koreksi.

Skema khas dari proses teknologi untuk produksi bahan apa pun adalah energi disuplai ke bahan baku awal, yang memastikan berlalunya transformasi fase atau reaksi kimia tertentu, yang mengarah pada produk yang diinginkan. Sumber energi paling alami untuk pemrosesan material di luar angkasa adalah Matahari. Di orbit dekat Bumi, kerapatan energi radiasi matahari sekitar 1,4 kW/m 2 , dan 97% dari nilai ini berada dalam rentang panjang gelombang dari 3 × 10 3 hingga 2 × 10 4 ?. Namun, penggunaan langsung energi matahari untuk bahan pemanas dikaitkan dengan sejumlah kesulitan. Pertama, energi matahari tidak dapat digunakan di bagian gelap lintasan pesawat ruang angkasa. Kedua, diperlukan untuk memberikan orientasi konstan penerima radiasi ke Matahari. Dan ini, pada gilirannya, memperumit pengoperasian sistem kontrol sikap pesawat ruang angkasa dan dapat menyebabkan peningkatan akselerasi yang tidak diinginkan yang melanggar keadaan tanpa bobot.

Adapun kondisi lain yang dapat diterapkan di pesawat ruang angkasa (suhu rendah, penggunaan komponen keras radiasi matahari, dll.), penggunaannya untuk kepentingan produksi ruang saat ini tidak dipertimbangkan.

Perilaku materi dalam keadaan tanpa bobot

Keadaan agregat dan fase materi. Ketika mempertimbangkan fitur perilaku materi dalam kondisi ruang, konsep seperti keadaan agregat dan fase, fase dan komponen sering digunakan. Mari kita definisikan konsep-konsep ini.

Keadaan agregat materi berbeda dalam sifat gerakan termal molekul atau atom. Biasanya mereka berbicara tentang tiga keadaan agregasi - gas, padat dan cair. Dalam gas, molekul hampir tidak terikat oleh gaya tarik menarik dan bergerak bebas, mengisi seluruh bejana. Struktur padatan kristal dicirikan oleh keteraturan tinggi - atom terletak di simpul kisi kristal, di mana mereka hanya melakukan getaran termal. Akibatnya, tubuh kristal memiliki bentuk yang sangat terbatas, dan ketika Anda mencoba mengubahnya, gaya elastis yang signifikan muncul yang melawan perubahan seperti itu.

Seiring dengan kristal, jenis padatan lain juga dikenal - benda amorf. Fitur utama dari struktur internal padatan amorf adalah kurangnya keteraturan lengkap: hanya dalam susunan atom tetangga yang diamati, yang digantikan oleh susunan kacau mereka relatif satu sama lain pada jarak yang lebih jauh. Contoh paling penting dari keadaan amorf adalah kaca.

Properti yang sama - urutan jarak pendek dalam susunan atom tetangga - dimiliki oleh suatu zat dalam keadaan agregasi cair. Karena alasan ini, perubahan volume cairan tidak menyebabkan munculnya gaya elastis yang signifikan di dalamnya, dan dalam kondisi normal, cairan mengambil bentuk bejana di mana ia berada.

Jika suatu zat terdiri dari beberapa komponen (unsur atau senyawa kimia), maka sifat-sifatnya tergantung pada konsentrasi relatif komponen-komponen ini, serta pada suhu, tekanan, dan parameter lainnya. Untuk mengkarakterisasi produk akhir yang dihasilkan dari kombinasi komponen tersebut, konsep fase digunakan. Jika zat yang ditinjau terdiri dari bagian-bagian homogen yang berbatasan satu sama lain, yang sifat fisik atau kimianya berbeda, maka bagian-bagian itu disebut fase. Misalnya, campuran es dan air adalah sistem dua fase, dan air di mana udara dilarutkan adalah sistem fase tunggal, karena dalam hal ini tidak ada antarmuka antara komponen.

Keadaan fase - sebuah konsep yang didasarkan pada representasi struktural dari istilah "fase". Keadaan fase suatu zat hanya ditentukan oleh sifat pengaturan bersama atom atau molekul, dan bukan oleh gerakan relatifnya. Kehadiran urutan jarak jauh (urutan lengkap) sesuai dengan keadaan fase kristal, urutan jarak pendek - ke keadaan fase amorf, tidak adanya urutan sama sekali - ke keadaan fase gas.

Keadaan fase tidak selalu bertepatan dengan keadaan agregasi. Misalnya, keadaan fase amorf sesuai dengan keadaan agregasi cair biasa dan keadaan kaca padat. Keadaan padat agregasi sesuai dengan dua fase - kristal dan amorf (kaca).

Beras. 2. Diagramp-t kesetimbangan sistem satu komponen

Transisi suatu zat dari satu keadaan fase ke fase lain disebut transisi fase, atau transformasi. Jika dua atau lebih fase yang berbeda dari suatu zat pada suhu dan tekanan tertentu ada secara bersamaan, dalam kontak satu sama lain, maka mereka berbicara tentang kesetimbangan fase. pada gambar. Sebagai contoh, Gambar 2 menunjukkan diagram kesetimbangan fase dari sistem satu komponen yang diplot dalam koordinat tekanan ( R) - suhu ( T). Berikut adalah isobar (yaitu, garis lurus tekanan konstan) ah sesuai dengan transisi langsung padat - cair (peleburan dan pemadatan) dan cair - gas (penguapan dan kondensasi), isobar s-s- transisi padat - gas (sublimasi), dan isobar di dalam- koeksistensi ketiga fase dalam apa yang disebut titik tripel, pada nilai-nilai tertentu R dan T.

Pengaruh tak berbobot pada cairan. Bagaimana gravitasi mempengaruhi perilaku materi dalam berbagai keadaan agregasi? Dalam padatan, atom dan molekul diatur dalam urutan yang ditentukan secara ketat, dan gaya gravitasi tidak dapat memiliki efek signifikan pada proses yang terjadi dalam keadaan ini.

Gaya ini dapat mempengaruhi proses dalam gas secara lebih signifikan. Diketahui, misalnya, bahwa di bawah kondisi pemanasan yang tidak merata dari berbagai lapisan gas di atmosfer, konveksi bebas muncul di bawah aksi gravitasi, yaitu, pertukaran gas yang teratur antara lapisan-lapisan ini. Dalam kondisi tanpa bobot, efek ini mungkin tidak terjadi.

Tetapi gaya gravitasi memiliki efek yang sangat kuat pada cairan. Selama transisi ke tidak berbobot dalam cairan, gaya Archimedes menghilang, bekerja pada komponen dengan kepadatan berbeda dan menyebabkan pemisahan mereka, sifat aliran konveksi berubah, peran relatif interaksi antarmolekul dalam cairan meningkat, dan menjadi mungkin untuk bebas menahannya di luar kapal (fenomena levitasi). Untuk alasan ini, mari kita pertimbangkan secara lebih rinci proses yang terjadi dalam cairan.

Seperti dalam gas, molekul dalam cairan tidak mempertahankan posisi konstan, tetapi bergerak dari satu tempat ke tempat lain karena energi panas. Jika pada titik mana pun dalam partikel cair dari jenis yang sama mendominasi, maka karena tumbukan yang lebih sering satu sama lain, mereka secara bertahap pindah ke zona di mana konsentrasinya lebih rendah. Proses ini disebut difusi. Karena difusi dari waktu ke waktu t partikel dipindahkan sejauh X = (2Dt) 1/2 , dimana D- koefisien difusi. Jika kita menganggap partikel sebagai bola dengan jari-jari r, kemudian D = W · (?? r) -satu . Di Sini W- energi termal partikel, ? adalah viskositas cairan, yang sangat tergantung pada suhunya. Ketika cairan didinginkan, viskositas meningkat dan, karenanya, proses difusi melambat.

Jika perubahan konsentrasi partikel dari jenis yang sama pada suatu jarak ? x di dalam cairan adalah ? dengan, maka jumlah partikel yang harus melalui satu satuan luas dalam 1 s Saya = - D? c/? x.

Cairan dapat mengandung beberapa komponen pada saat yang bersamaan. Jika kandungan salah satu komponen rendah, maka komponen ini dianggap sebagai pengotor. Jika pada saat awal pengotor didistribusikan secara tidak merata dalam cairan, maka proses difusi dalam cairan mengarah pada pembentukan distribusi yang seragam (homogenisasi).

Dalam beberapa kasus, cairan mungkin mengandung komponen dengan kepadatan berbeda. Di Bumi, di bawah aksi gaya Archimedes, komponen-komponen ini secara bertahap dipisahkan (misalnya, krim dan susu skim terbentuk dari susu). Dalam keadaan tanpa bobot, pemisahan ini tidak ada, dan setelah pemadatan cairan tersebut, zat dengan sifat unik dapat diperoleh. Cairan juga dapat mengandung fase yang tidak dapat bercampur satu sama lain, seperti minyak tanah dan air. Di Bumi, batas yang jelas terbentuk di antara mereka. Dalam keadaan tanpa bobot, dengan pencampuran, seseorang dapat memperoleh campuran stabil yang terdiri dari tetesan kecil dari satu atau fase lainnya. Setelah pengerasan, bahan komposit homogen, logam busa, dll. dapat diperoleh dari campuran fase yang berbeda.

Munculnya antarmuka antara fase yang berbeda dalam cairan disebabkan oleh adanya gaya tegangan permukaan, atau gaya kapiler, yang muncul karena interaksi antara molekul cair. Tegangan permukaan dapat disamakan dengan gaya yang mengembalikan seutas tali ke keadaan semula ketika seorang pemain mencoba menariknya ke samping. Ini adalah kekuatan tegangan permukaan yang menyebabkan tetesan jatuh dari keran yang tertutup rapat, dan bukan tetesan air yang tipis. Tetapi di Bumi, tetesan ini kecil: gaya gravitasi jauh lebih besar daripada gaya tegangan permukaan dan memecahnya terlalu besar menjadi berkeping-keping. Dalam keadaan tanpa bobot, tidak ada yang dapat mencegah pembentukan tetesan yang sangat besar, dan benda cair, yang dibiarkan sendiri, akan berbentuk bulat.

Faktanya, di atas pesawat ruang angkasa, karena berbagai jenis akselerasi kecil, keadaan tanpa bobot dilanggar. Jika sebuah r- jari-jari bola, yang bentuknya diambil oleh cairan, maka gaya kapiler yang bekerja padanya kira-kira sama dengan? r, di mana? - koefisien tegangan permukaan. Besarnya gaya benda inersia yang bekerja pada zat cair sama dengan? gr 3 dimana? adalah densitas cairan, g- akselerasi kecil. Jelas efek tegangan permukaan akan memainkan peran utama kapan? (? gr 2) -1 > 1. Kondisi ini menentukan kemungkinan untuk memperoleh, dalam keadaan hampir tanpa bobot, bola cair dengan radius r. Bola cair seperti itu di pesawat ruang angkasa dapat berada dalam keadaan mengambang bebas, ketika kapal tidak diperlukan untuk menahannya. Jika itu adalah cairan yang meleleh, maka ketika membeku di Bumi, kotoran berbahaya berasal dari dinding bejana. Di luar angkasa, Anda dapat melakukannya tanpa wadah dan, karenanya, mendapatkan lebih banyak zat murni.

Perpindahan panas dan massa dalam keadaan tanpa bobot. Transisi ke keadaan tanpa bobot juga memiliki efek signifikan pada proses perpindahan panas dan massa dalam cairan dan gas. Panas dapat dipindahkan melalui konduksi, konveksi, atau radiasi, atau kombinasi dari mekanisme ini. Konduktivitas termal adalah proses perpindahan panas dari zona dengan suhu lebih tinggi ke zona di mana suhu lebih rendah, dengan difusi molekul menengah antara zona ini. Untuk alasan ini, koefisien konduktivitas termal sebanding dengan koefisien difusi.

Perpindahan panas oleh radiasi khas terutama untuk benda padat dan cair dan terjadi pada suhu yang cukup tinggi. Proses perpindahan panas radiasi dan konduktivitas termal tidak bergantung pada gravitasi atau gaya benda kecil yang bekerja pada pesawat ruang angkasa.

Hal lain adalah perpindahan panas konveksi. Konveksi adalah perpindahan panas dalam medium cair atau gas dengan gerakan makroskopik zat medium ini. Contoh konveksi paling sederhana telah disebutkan di atas - konveksi bebas (atau alami) yang timbul dari distribusi suhu yang tidak merata dalam medium yang tunduk pada aksi gaya massa (misalnya, gravitasi atau gaya inersia yang disebabkan oleh percepatan kecil di pesawat ruang angkasa). Setiap orang dapat dengan mudah mengamati fenomena ini di rumah di boiler mana pun, ketika lapisan cairan yang memiliki suhu lebih tinggi dan, sebagai akibatnya, kepadatan yang lebih rendah akan mengapung dan membawa panas bersamanya, dan sebagai gantinya, di bagian bawah boiler yang panas. , lapisan yang lebih dingin dan padat.

Peran relatif perpindahan panas karena konveksi bebas dan konduktivitas termal ditentukan oleh bilangan Rayleigh:

Di Sini g adalah percepatan yang bekerja pada sistem, L adalah ukuran karakteristik sistem, ? - koefisien muai volumetrik, ? T- perbedaan suhu di lingkungan, ? - koefisien konduktivitas termal, ? - Viskositas media. Oleh karena itu, dalam kondisi mendekati keadaan tanpa bobot ( g -> 0), Ra-> 0, dan, akibatnya, peran konveksi yang mengarah pada pencampuran medium yang efisien dapat diabaikan.

Kesimpulan ini memiliki makna ganda. Pertama, kontribusi konveksi terhadap proses perpindahan panas berkurang, dan perpindahan panas dilakukan oleh proses konduksi panas yang lebih lambat. Kedua, pengecualian arus konveksi dalam medium mengarah pada fakta bahwa peran utama dalam perpindahan massa tidak akan dimainkan oleh perpindahan materi secara makroskopik, tetapi oleh proses difusi. Dan ini, pada gilirannya, membuka kemungkinan untuk memperoleh zat di mana distribusi pengotor akan jauh lebih seragam daripada di Bumi.

Selain konveksi bebas, ada sejumlah efek konveksi lainnya, beberapa di antaranya bergantung pada gaya tubuh, sementara yang lain tidak. Konveksi paksa juga diketahui, yang terjadi di bawah pengaruh beberapa faktor eksternal (misalnya, pengaduk, pompa, dll.). Dalam kondisi ruang, jenis konveksi ini digunakan untuk memastikan laju pelepasan panas yang diperlukan dari unit operasi.

Sebagai contoh konveksi yang tidak bergantung pada gaya tubuh, mari kita tunjukkan konveksi termokapiler, yang dinyatakan dalam kenyataan bahwa gelombang dapat muncul dan merambat pada batas fase cair. Gelombang kapiler disebabkan oleh penurunan suhu, karena adanya nilai koefisien tegangan permukaan yang tidak konstan di sepanjang permukaan. Jenis aliran konveksi ini jelas tidak bergantung pada nilai g dan dapat menyebabkan penurunan homogenitas bahan yang diperoleh dalam kondisi ruang. Cara untuk mengkompensasi efek merugikan dari efek ini adalah dengan mengurangi perbedaan suhu aktual di sepanjang antarmuka.

Pesawat ruang angkasa dan peralatan khusus untuk produksi luar angkasa

Peralatan untuk eksperimen luar angkasa. Berbicara tentang masalah produksi bahan baru di luar angkasa, biasanya berarti lima bidang penelitian dan pengembangan:

1. Metalurgi luar angkasa.

2. Bahan semikonduktor.

3. Kaca dan keramik.

4. Sediaan mediko-biologis.

5. Studi efek fisik dalam keadaan tanpa bobot.

Empat arah pertama secara langsung ditujukan untuk mendapatkan bahan dan produk baru atau yang lebih baik di atas pesawat ruang angkasa (SC). Tugas arah kelima adalah mengembangkan ilmu tentang perilaku materi dalam kondisi ruang untuk menciptakan landasan teoretis produksi ruang.

Melakukan penelitian di semua bidang ini memerlukan pengembangan instalasi khusus di atas kapal. Oleh karena itu, sebelum melanjutkan ke analisis area tertentu, disarankan untuk mempertimbangkan bagaimana keadaannya dengan pembuatan peralatan khusus untuk eksperimen ruang angkasa. Pada saat yang sama, di bagian ini, kami membatasi diri pada pertimbangan jenis instalasi paling universal yang dapat digunakan untuk memecahkan sejumlah masalah yang berbeda. Lebih mudah untuk berbicara tentang fasilitas eksperimental yang memiliki tujuan yang lebih sempit atau dirancang untuk melakukan studi khusus dengan mendiskusikan studi ini sendiri.

Untuk semua petunjuk praktis, kecuali memperoleh sediaan biologis, skema dasar proses produksi adalah sebagai berikut. Bahan awal (bahan mentah) mengalami perlakuan panas di atas pesawat ruang angkasa, meleleh atau menguap. Kemudian mengeras. Karena proses ini berlangsung dalam kondisi tanpa bobot, peningkatan karakteristik produk akhir dapat diharapkan, sesuai dengan analisis yang dilakukan pada bab sebelumnya. Untuk alasan ini, opsi utama peralatan pemrosesan untuk pemrosesan bahan anorganik adalah instalasi pemanas dari berbagai jenis.

Panas reaksi eksoterm dapat digunakan untuk memanaskan bahan awal. Pemanas tipikal jenis ini terdiri dari kartrid silinder yang diisi dengan campuran bahan kimia dan ampul dengan bahan uji, yang ditempatkan di sepanjang sumbu kartrid. Impuls listrik berdaya rendah biasanya digunakan untuk memulai reaksi kimia. Keuntungan dari instalasi tersebut adalah bahwa di dalamnya suhu yang relatif tinggi dapat diperoleh dalam waktu yang relatif singkat (detik atau puluhan detik). Oleh karena itu, instalasi pemanas semacam itu digunakan terutama dalam kasus-kasus di mana durasi keadaan tanpa bobot terbatas.

Jenis lain dari perangkat pemanas untuk pemrosesan bahan adalah tungku pemanas listrik. Beberapa varian yang berbeda secara struktural dari tungku tersebut diketahui. Suhu 1200–2400 °C dipertahankan di zona kerja tungku isotermal. Untuk mengurangi konsumsi energi, area ini dikelilingi oleh isolasi multi-foil yang terbuat dari bahan khusus.

Untuk menumbuhkan kristal, tungku perlu memiliki zona dengan perbedaan suhu. pada gambar. 3 menunjukkan salah satu kemungkinan skema instalasi jenis ini. Sebuah ampul yang berisi zat uji ditarik melalui zona dengan perbedaan suhu. Pada titik di mana titik leleh tercapai, bahan mentah meleleh, dan ketika bahan cair memasuki wilayah suhu yang lebih rendah, ia mulai mengkristal. Instalasi yang ada jenis ini memberikan suhu 1050-1150 °C, dalam instalasi yang dirancang seharusnya menaikkannya ke 2000 °C.

Beras. Fig. 3. Skema menumbuhkan kristal tunggal dari lelehan (1 - lelehan; 2 - kristal benih; 3 - mekanisme penarikan dan rotasi; 4 - batang; 5 - wadah; 6 - induktor untuk memanaskan lelehan)

Kerugian dari instalasi seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 3 adalah bahwa dari dinding ampul (wadah) kotoran dapat masuk ke dalam lelehan, mencemari bahan yang dihasilkan dan menurunkan kualitasnya. pada gambar. 4 menunjukkan diagram tungku listrik di mana metode peleburan zona digunakan, yang memungkinkan untuk menghilangkan sebagian kerugian ini. Dalam instalasi ini, zat tersebut juga mengalami peleburan kembali di zona dengan perbedaan suhu, tetapi pada saat yang sama tidak bersentuhan langsung dengan dinding ampul. Pemanasan dapat dilakukan dengan menggunakan arus frekuensi tinggi, sumber radiasi inframerah atau sumber cahaya busur yang dilengkapi dengan cermin pemfokus, dll. Dalam kasus terakhir, ampul terbuat dari bahan transparan, seperti kuarsa. Metode peleburan zona juga memungkinkan untuk mendapatkan suhu yang lebih tinggi. Zat cair tidak menyentuh dinding wadah dan ditahan oleh gaya tegangan permukaan. Oleh karena itu, dimensi maksimum zona ditentukan dari kondisi keseimbangan gaya massa yang bekerja pada lelehan dan gaya tegangan permukaan. Gaya massa di pesawat ruang angkasa, karena percepatan kecil, jauh lebih kecil daripada gaya gravitasi. Ini berarti bahwa dimensi zona cair di bawah kondisi ruang dan, karenanya, dimensi kristal yang diperoleh di fasilitas semacam itu bisa jauh lebih besar daripada di Bumi.

Beras. 4. Metode peleburan zona (1 - zona leleh; 2 - induktor; 3 - dinding tungku; 4 - ampul; 5 - batang zat uji; 6 - mekanisme untuk menarik dan memutar batang)

pada gambar. Gambar 5 menunjukkan skema untuk menumbuhkan kristal dari fase uap. Ampul ditempatkan dalam tungku dengan perbedaan suhu sedemikian rupa sehingga bahan sumber berada di zona panas. Perpindahan massa dilakukan dalam fase uap, dan pada ujung dingin ampul, ia mengembun membentuk kristal. Metode fase uap digunakan, misalnya, untuk mendapatkan film epitaksi, yang banyak digunakan dalam teknik listrik.

Epitaksi adalah pengendapan film kristal tunggal pada substrat kristal tunggal. Film epitaksi, seolah-olah, mengulangi struktur substrat dan seperti kristal dua dimensi. Kesempurnaannya ditentukan, khususnya, oleh proses konveksi dalam fase uap. Konveksi menyebabkan kondisi yang tidak terkendali pada permukaan lapisan yang tumbuh dan akhirnya menyebabkan cacat kisi. Di ruang angkasa, seseorang dapat mengandalkan pembatasan peran konveksi dan, karenanya, pada peningkatan kualitas bahan yang diperoleh.

Beras. 5. Skema pertumbuhan kristal dari fase uap

Sebelumnya telah dicatat bahwa penahanan cairan tanpa wadah dimungkinkan dalam kondisi ruang. Instalasi di mana proses ini dilakukan disebut levitator. Karena percepatan 10–5 - 10–4 g 0 bekerja di atas pesawat ruang angkasa, langkah-langkah harus diambil di levitator untuk menjaga cairan mengambang bebas di tengah ruang kerja. Medan ultrasonik, kurungan aerodinamis atau medan elektromagnetik bolak-balik dapat digunakan untuk tujuan ini. Metode terakhir hanya cocok untuk bahan konduktif dan tidak cocok, misalnya, untuk bekerja dengan kaca. Bahan dapat dipanaskan dalam levitator menggunakan pemanas optik, arus frekuensi tinggi, berkas elektron, dll. Pemasangan jenis ini jelas sangat kompleks, tetapi memungkinkan untuk secara praktis mewujudkan keuntungan penting dari produksi bahan di ruang angkasa seperti pengolahan tanpa kontainer mereka. Levitator dari berbagai jenis saat ini sedang dalam pengembangan.

Eksperimen di bidang teknologi luar angkasa. Eksperimen luar angkasa teknologi pertama dilakukan pada tahun 1969 di Uni Soviet. Untuk tujuan ini, di Institut Pengelasan Listrik dinamai E. O. Paton mengembangkan instalasi khusus "Gunung Berapi", yang dirancang untuk mempelajari dan menyempurnakan metode pengelasan dan pemotongan logam di pesawat ruang angkasa. Instalasi Vulkan ditempatkan di atas pesawat ruang angkasa Soyuz-6, dan pada 16 Oktober 1969, awak kapal, kosmonot Soviet G.S. Shonin dan V.N. Kubasov, berhasil mengujinya.

Pada tahun 1973–1974 serangkaian eksperimen teknologi dilakukan di stasiun luar angkasa Amerika "Skylab". Untuk melakukan eksperimen ini, fasilitas pemrosesan bahan khusus dikembangkan di AS. Pengaturan ini termasuk ruang vakum, pistol elektron untuk sampel peleburan, tungku pemanas listrik, dan peralatan lainnya. Tungku universal yang dikembangkan untuk stasiun Skylab memberikan suhu maksimum 1050 °C dan memungkinkan pengoperasian dalam berbagai kondisi suhu (suhu tinggi yang konstan, penurunan suhu di sepanjang ampul, pendinginan terprogram). Sampel yang diteliti ditempatkan dalam ampul, yang dipasang di oven oleh kosmonot.

Langkah selanjutnya dalam pengembangan pekerjaan di bidang eksperimen teknologi di luar angkasa adalah program gabungan Soviet-Amerika "Soyuz" - "Apollo" (ASTP). Selama penerbangan kapal-kapal ini pada bulan Juli 1975, sejumlah percobaan teknologi baru dilakukan dengan menggunakan tungku listrik yang dimodifikasi dan instalasi untuk metode penelitian untuk mendapatkan persiapan biomedis murni.

Melakukan eksperimen teknologi juga termasuk dalam program penelitian di stasiun luar angkasa Soviet Salyut-5. Untuk tujuan ini, seperangkat instrumen khusus dikembangkan - "Kristal", "Difusi", "Aliran", "Bola", "Reaksi" (Gbr. 6), yang dirancang untuk mempelajari berbagai masalah di bidang sains tentang materi dalam ruang, serta untuk menguji metode penyolderan dalam kondisi ruang.

Eksperimen teknologi dengan perangkat ini berhasil dilakukan pada Juli - Agustus 1976 oleh pilot-kosmonot Uni Soviet B. V. Voltov dan V. M. Zholobov dan pada Februari 1977 oleh V. V. Gorbatko Yu. N. Glazkov.

Seiring dengan penelitian yang dilakukan di atas stasiun ruang angkasa berawak dan kapal, baik di Uni Soviet maupun di Amerika Serikat, eksperimen teknologi dilakukan secara otomatis selama peluncuran roket di ketinggian.

Ciri khas dari eksperimen ini adalah durasi keadaan tanpa bobot yang relatif terbatas (5–7 menit pada roket Amerika, sekitar 10 menit pada roket Soviet). Oleh karena itu, untuk melakukan eksperimen semacam itu di Uni Soviet, instalasi telah dikembangkan di mana panas reaksi eksotermik digunakan untuk melelehkan sampel.

Pada roket ketinggian tinggi Amerika, tungku ampul listrik digunakan, yang tidak dapat memberikan pemanasan yang begitu cepat pada blanko dan oleh karena itu harus dinyalakan terlebih dahulu, sebelum peluncuran roket.

Penelitian tentang roket ketinggian memungkinkan eksperimen ruang angkasa dilakukan lebih cepat dan dengan peralatan yang lebih sederhana, dan oleh karena itu mereka harus dianggap sebagai tambahan yang berguna untuk bekerja di stasiun ruang angkasa dan kapal.

Beras. Fig. 6. Perangkat untuk melakukan eksperimen teknologi di stasiun Salyut-5 (a - perangkat Crystal; b - perangkat Reaksi)

Kendaraan luar angkasa dan modul teknologi. Prospek untuk pengembangan pekerjaan di bidang teknologi pemrosesan bahan di luar angkasa adalah bahwa dari penelitian eksperimental akan ada transisi bertahap ke produksi semi-industri di atas pesawat ruang angkasa dari beberapa bahan, dan kemudian ke produksi dalam skala industri. Menurut perkiraan asing, dapat diharapkan bahwa pada tahun 1990 aliran kargo produk luar angkasa, serta peralatan yang diperlukan, akan mencapai beberapa puluh ton per tahun.

Penciptaan stasiun orbital jangka panjang "Salyut" di Uni Soviet dan sistem ekonomi dukungan transportasinya dengan bantuan pesawat ruang angkasa berawak "Soyuz" dan pesawat ruang angkasa otomatis "Kemajuan" membuka peluang besar baru untuk melakukan eksperimen teknologi, menguji peralatan yang diperlukan, serta menganalisis proses teknologi dalam kondisi tanpa bobot yang berkepanjangan .

Pengembangan dan peningkatan kompleks berawak orbital yang dirancang untuk memecahkan masalah yang bersifat ilmiah dan terapan, seperti yang Anda ketahui, adalah arah utama dalam pengembangan kosmonotika domestik. Salah satu tugas utama terkait dengan pengembangan ilmu perilaku materi dalam kondisi tanpa bobot dan dengan memenuhi kebutuhan produksi bahan di ruang angkasa.

Dalam kerangka program ini, penerbangan terpanjang dalam sejarah kosmonotika kompleks penelitian orbital Salyut-6 - Soyuz, yang berlangsung 96 hari dan berhasil diselesaikan pada 16 Maret 1978, dilakukan di Uni Soviet. kompleks ini, pilot-kosmonot Uni Soviet Yu V. Romanenko, G. M. Grechko, A. A. Gubarev dan pilot-kosmonot Cekoslowakia V. Remek melakukan eksperimen teknologi baru yang penting.

Di masa depan, ketika arus kargo meningkat, sarana untuk memasok kompleks ilmiah orbital akan ditingkatkan. Kapal kargo baru akan muncul untuk mengirimkan peralatan, instrumen, dan blanko dari berbagai bahan ke kompleks orbit. Produk dan bahan yang diperoleh di luar angkasa akan dikirim ke luar angkasa dan dikembalikan ke Bumi menggunakan pesawat ruang angkasa yang dapat digunakan kembali. Kompleks orbit akan mencakup modul teknologi khusus.

Beberapa operasi teknologi di ruang angkasa, seperti memperoleh bahan dengan kemurnian sangat tinggi, memerlukan penyediaan ruang hampa udara yang dalam. Untuk tujuan ini, dalam kombinasi dengan DOS, dimungkinkan untuk menggunakan apa yang disebut layar molekuler, yang, menggunakan batang khusus, ditempatkan pada jarak sekitar 100 m dari kapal. Diameter layar - 3 m.

Karena kecepatan gerakan termal molekul gas sisa kurang dari kecepatan gerak maju pesawat ruang angkasa bersama dengan layar di orbit (8 km/s), zona peningkatan penghalusan akan muncul di belakang layar. Tekanan gas sisa di zona ini akan menjadi sekitar 10–13 - 10–14 mm Hg. Seni.

Pengembangan pesawat ruang angkasa transportasi yang mampu menyediakan transportasi yang hemat biaya, penciptaan stasiun orbital jangka panjang dari jenis stasiun ruang angkasa Salyut Soviet membuka jalan bagi pembangunan pabrik yang beroperasi di ruang angkasa untuk produksi bahan murni.

Menurut para ahli, pabrik luar angkasa seperti itu akan mulai beroperasi pada 1990-an.

Studi tentang fondasi fisik produksi ruang angkasa

Proses perpindahan panas dan massa. Penjelasan tentang fitur-fitur proses perpindahan panas dan massa dalam kondisi yang mendekati tanpa bobot diperlukan untuk organisasi yang optimal dari produksi bahan-bahan baru di ruang angkasa. Untuk mempelajari fitur-fitur ini, studi teoretis dan eksperimental dilakukan.

Salah satu eksperimen semacam itu dilakukan di stasiun ruang angkasa Salyut-5 oleh kosmonot V. V. Gorbatko dan Yu. N. Glazkov pada Februari 1977. Tujuan eksperimen ini adalah untuk mempelajari proses difusi timbal balik zat cair dalam kondisi yang hampir tidak berbobot.

Studi-studi ini di stasiun Salyut-5 dilakukan menggunakan perangkat Difusi khusus - perangkat itu adalah tungku listrik silinder yang berisi dua ampul kuarsa di dalamnya, yang masing-masing sebagian diisi dengan dibenzil dan sebagian dengan tolan. Zat organik ini memiliki kerapatan yang berbeda dan berada dalam keadaan kristal pada suhu kamar. Ampul dalam tungku pemanas listrik silinder ditempatkan sedemikian rupa sehingga gaya tubuh kecil, yang muncul karena perlambatan aerodinamis stasiun, diarahkan sepanjang sumbunya.

Setelah menyalakan perangkat, kedua zat meleleh, dan proses difusi timbal balik mereka melalui antarmuka antara lelehan berlanjut selama tiga hari. Suhu sepanjang ampul dipertahankan konstan. Setelah mematikan perangkat, pendinginan dan pemadatan paduan terjadi, yang strukturnya memiliki karakter polikristalin.

Untuk membandingkan hasil eksperimen ruang angkasa dengan teori, perhitungan komputer dibuat dari proses perpindahan massa untuk kondisi yang sesuai dengan eksperimen dengan perangkat Difusi. Perhitungan menunjukkan bahwa karena suhu tetap konstan sepanjang ampul selama percobaan, seharusnya tidak ada konveksi termal, dan konveksi konsentrasi yang timbul pada antarmuka antara cairan memiliki efek nyata pada perpindahan massa hanya pada tahap awal. percobaan. Dengan kata lain, menurut perhitungan yang dilakukan, kontribusi utama pada perpindahan massa di bawah kondisi yang dipelajari seharusnya berasal dari proses difusi murni.

Setelah percobaan dilakukan dan para astronot kembali ke Bumi, ampul yang dikirim dari luar angkasa dipelajari dengan cermat di laboratorium. Studi tentang distribusi zat sepanjang ampul memungkinkan untuk menentukan nilai koefisien difusi. Sebagai perbandingan, eksperimen kontrol dilakukan di Bumi dengan ampul yang sama. Ternyata nilai koefisien difusi yang ditentukan dalam kondisi ruang untuk paduan dibenzil dengan tolan mendekati pengetahuan teoretis (sekitar 9,5 10–6 cm/s 2) dan agak melebihi nilai yang diperoleh dalam eksperimen kontrol di Bumi, tetapi perbedaan ini berada dalam kesalahan metode. Perlu juga dicatat bahwa di Bumi tidak ada cara untuk secara akurat mereproduksi sifat percepatan mikro yang bekerja pada pencairan di ruang angkasa.

Eksperimen serupa dalam desain juga dilakukan di stasiun luar angkasa Skylab. Berbeda dengan penelitian yang dilakukan di stasiun Salyut-5, para ilmuwan Amerika tidak mempelajari difusi timbal balik dari dua zat yang berbeda, tetapi kasus yang lebih sederhana - proses difusi sendiri. Untuk tujuan ini, piringan yang terbuat dari isotop seng radioaktif Zn 65 dimasukkan ke dalam batang silinder seng. Ketika dipanaskan, batang meleleh, perbedaan suhu terbentuk di sepanjang itu, sebagai akibatnya proses difusi isotop radioaktif ke dalam bahan dasar (difusi sendiri) dimulai. Dengan asumsi bahwa di bawah kondisi ruang pengaruh konveksi pada perpindahan massa dapat diabaikan dan proses difusi memainkan peran utama di sana, kami menghitung distribusi isotop radioaktif sepanjang batang. Hasil perhitungan sesuai dengan data eksperimen ruang angkasa (Gbr. 7). Dalam eksperimen kontrol yang dilakukan dengan sampel serupa di Bumi, koefisien difusi efektif seng radioaktif akibat konveksi ternyata 50 kali lebih tinggi daripada untuk kondisi ruang angkasa.

Beras. Fig. 7. Distribusi seng radioaktif di sepanjang sampel (o dan? - eksperimen di Bumi untuk dua posisi sampel, garis padat - perhitungan dan eksperimen di luar angkasa)

Percobaan ini, serta percobaan dengan perangkat "Difusi", menunjukkan bahwa untuk kondisi yang dipelajari, pengaruh konveksi pada perpindahan massa dalam lelehan dapat diabaikan dan proses transfer difusi memainkan peran utama. Kesimpulan ini menegaskan kemungkinan memperoleh bahan kristal ruang angkasa dengan struktur homogen, yang, dalam kondisi terestrial, terganggu, khususnya, oleh arus konveksi. Namun, tidak selalu mungkin untuk mewujudkan kemungkinan ini dalam praktik dan memastikan produksi bahan dengan distribusi pengotor yang lebih seragam di ruang angkasa.

Mari kita pertimbangkan sebagai contoh percobaan "Tungku Universal", yang dipentaskan selama penerbangan bersama pesawat ruang angkasa "Soyuz" dan "Apollo". Selama percobaan ini, kemungkinan memperoleh kristal tunggal homogen germanium yang mengandung pengotor silikon (0,5% berat) dan antimon (seperseratus persen) dipelajari. Sampel silinder dipanaskan sampai suhu leleh, kecuali untuk ujung dingin, yang seharusnya digunakan sebagai "benih" selama kristalisasi. Sampel disimpan pada suhu maksimum selama 1 jam, setelah itu didinginkan selama 5 jam pada kecepatan 0,6 derajat/menit, dan kemudian tungku didinginkan secara tak terkendali untuk menyelesaikan pendinginan (Gbr. 8).

Beras. 8. Kartrid untuk percobaan "Tungku Universal" (1 - blok pemanas grafit; 2 - sisipan termal grafit; 3 - cangkang baja tahan karat; 4 - insulasi; 5 - mekanisme penguncian; 6 - unit penghilang panas; 7 - sisipan termal tembaga)

Analisis sampel yang dikirim ke Bumi menunjukkan bahwa, bertentangan dengan harapan, setelah peleburan kembali dan pemadatan dalam kondisi hampir tanpa bobot, distribusi pengotor di penampang sampel menjadi kurang seragam. Dalam hal ini, pengotor yang lebih ringan (silikon) bergeser ke satu arah di sepanjang diameter sampel, sedangkan yang lebih berat (antimon) bergerak ke arah yang berlawanan. Redistribusi pengotor dalam sampel seperti itu mungkin disebabkan oleh fakta bahwa justru sepanjang diameter ampul itulah percepatan kecil bertindak selama percobaan, karena pengoperasian mesin orientasi dan sistem stabilisasi kapal. Namun, mekanisme spesifik dari proses yang menyebabkan penurunan homogenitas distribusi pengotor dalam percobaan ini belum ditetapkan dengan jelas.

Ada kemungkinan bahwa untuk rentang percepatan yang diamati di atas pesawat ruang angkasa Apollo selama percobaan Tungku Universal, arus konveksi sangat kuat. Perhitungan proses perpindahan panas dan massa yang dilakukan oleh ilmuwan Soviet dengan bantuan komputer untuk kondisi yang sesuai dengan percobaan ini mengkonfirmasi kemungkinan ini. Dalam hal ini, redistribusi pengotor dalam lelehan dan penurunan homogenitas sampel setelah rekristalisasi di ruang angkasa harus dikaitkan secara tepat dengan arus konveksi yang muncul dalam lelehan. Tetapi ada kemungkinan penjelasan lain untuk hasil percobaan "Universal Furnace".

Eksperimen yang dipertimbangkan menunjukkan bahwa untuk organisasi yang benar dari proses perpindahan massa di ruang angkasa, perlu untuk menyediakan kondisi seperti itu ketika efek konveksi dapat diabaikan. Jika tidak, tergantung pada kondisi spesifik, peningkatan dan penurunan keseragaman distribusi pengotor dalam bahan yang diteliti dimungkinkan.

Jika dalam contoh yang diberikan perlu untuk menganalisis kemungkinan pengaruh pada proses perpindahan panas dan massa konveksi alami, yang tergantung pada besarnya percepatan kecil yang bekerja pada pesawat ruang angkasa, maka dalam kasus lain, efek konveksi yang tidak bergantung pada percepatan harus diperhitungkan. Mari kita tunjukkan sebagai contoh konveksi termokapiler, yang dalam beberapa kasus juga dapat menjadi alasan kerusakan struktur material yang diperoleh di ruang angkasa.

Misalnya, di zona peleburan yang digunakan untuk menumbuhkan kristal, ada antarmuka antara cairan dan uap jenuh di atasnya. Suhu dapat berubah di sepanjang permukaan ini, dan karena tegangan permukaan bergantung padanya, aliran konveksi dapat terjadi dalam kondisi ini. Ketika penurunan suhu mulai melebihi nilai kritis tertentu, arus konveksi muncul dalam lelehan, yang bersifat berosilasi dan menyebabkan aliran pengotor yang tidak merata ke zona kristalisasi. Akibatnya, pengotor di dalam kristal juga akan didistribusikan secara tidak homogen (fenomena pita). Dibandingkan dengan konveksi bebas, yang intensitasnya tergantung pada tingkat akselerasi pada pesawat ruang angkasa, mengatasi aliran termokapiler memerlukan tindakan lain (membatasi besarnya penurunan suhu, dll.).

Studi eksperimental dan teoretis di atas tentang proses transfer materi di bawah kondisi yang mendekati tanpa bobot terkait dengan lelehan. Namun, di bawah kondisi ini, dan untuk keadaan materi gas, proses transfer mungkin memiliki karakteristiknya sendiri. Mari kita juga mengutip sebagai contoh percobaan di stasiun Skylab, di mana pertumbuhan kristal semikonduktor - germanium selenide dan telluride - dari fase gas dipelajari. Metode ini didasarkan pada fakta bahwa pada ujung panas ampul tertutup, zat dalam fase gas (germanium iodida) bereaksi dengan permukaan bahan sumber padat, dan kemudian berdifusi menuju ujung dingin ampul di bawah aksi. dari perbedaan suhu. Di sana, di zona yang lebih dingin, uap mengembun pada kristal benih dan kristal yang diinginkan terbentuk. Diharapkan bahwa laju perpindahan massa produk dalam fase gas akan ditentukan oleh proses difusi murni. Dalam kondisi terestrial, kecepatan ini meningkat secara signifikan karena konveksi. Eksperimen ini menunjukkan bahwa laju perpindahan massa aktual dalam kondisi ruang lebih rendah daripada yang diamati di Bumi, tetapi lebih tinggi dari nilai yang dihitung dalam pendekatan difusi murni.

Hasil serupa juga diperoleh dalam percobaan yang dilakukan selama penerbangan bersama pesawat ruang angkasa Soyuz dan Apollo. Perbedaan dalam laju transfer difusi ini dapat dikaitkan dengan fitur reaksi kimia dalam keadaan gas, yang tidak diperhitungkan dalam metode perhitungan yang ada.

Mekanika fluida. Mengingat mekanika fluida dalam gravitasi nol sebagai salah satu bagian dari landasan teoritis produksi ruang, maka perlu untuk mempelajari masalah tegangan permukaan dan pembasahan, efek kapiler, stabilitas bentuk fluida dan perilaku inklusi yang terkandung di dalamnya. - gelembung gas, partikel padat, dll. Untuk studi kualitatif tentang masalah ini, akan lebih mudah untuk melakukan eksperimen di pesawat ruang angkasa menggunakan air dan larutan berair.

Serangkaian eksperimen demonstrasi serupa dilakukan, misalnya, di stasiun luar angkasa Amerika Skylab. Perilaku bola air yang mengambang bebas, getarannya yang disebabkan oleh dorongan jarum suntik, dan runtuhnya bola selama rotasi dipelajari dengan metode pembuatan film. Pengaruh tegangan permukaan pada redaman getaran cairan dan interaksinya dengan permukaan padat dipelajari dengan menambahkan larutan sabun ke cairan, yang menyebabkan perubahan koefisien tegangan permukaan.

Pengaturan eksperimental lain yang digunakan di stasiun Skylab untuk percobaan demonstrasi pada mekanika fluida memungkinkan untuk mensimulasikan perilaku zona terapung. Dalam instalasi ini, antara dua batang yang dapat dipindahkan terpisah dan diputar secara independen satu sama lain, jembatan cair dibuat dengan koefisien tegangan permukaan yang berbeda (karena penambahan larutan sabun ke dalam air). Pengaturan ini digunakan untuk mempelajari stabilitas zona cair sehubungan dengan rotasi dan perpindahan batang dengan perubahan nilai koefisien tegangan permukaan.

Tugas mekanika fluida selanjutnya adalah mempelajari perilaku gas dan inklusi lainnya. Pentingnya studi ini ditunjukkan kembali pada tahun 1969 oleh ilmuwan Soviet yang melakukan percobaan pengelasan pertama pada pesawat ruang angkasa Soyuz-6 dan mencatat munculnya inklusi gas dalam lasan. Di Bumi, gelembung dikeluarkan dari cairan di bawah aksi gaya Archimedes, ini tidak terjadi di luar angkasa. Dalam beberapa kasus, inklusi semacam itu dapat menyebabkan penurunan kualitas material. Untuk mengontrol dinamika gas dan inklusi lainnya dalam cairan, ilmuwan Soviet mengusulkan penggunaan getaran ultrasonik cairan dan melakukan eksperimen di atas laboratorium terbang di bawah bobot jangka pendek, yang mengkonfirmasi janji metode ini.

Mengingat pentingnya penelitian di bidang mekanika fluida, eksperimen yang sesuai juga dimasukkan dalam program eksperimen di stasiun Salyut-5. Tujuan dari eksperimen ini adalah untuk menyelidiki gerakan cairan di bawah aksi gaya kapiler saja dan untuk mendapatkan data kualitatif tentang perilaku gelembung dalam cairan di bawah kondisi yang mendekati tanpa bobot. Eksperimen dilakukan oleh kosmonot B.V. Voltov dan V.M. Zholobov menggunakan instrumen Potok dan Reaktiya.

Perangkat Potok adalah paralelepiped persegi panjang yang terbuat dari kaca plexiglass transparan dan berisi dua rongga di dalamnya, permukaan bagian dalam salah satunya dibasahi oleh air, dan yang lainnya tidak. Rongga-rongga bola dihubungkan oleh saluran kapiler dan drainase yang dilengkapi dengan katup penutup. Sebelum dimulainya percobaan, katup dibuka, dan di bawah aksi gaya tegangan permukaan, larutan berair mengalir dari rongga yang awalnya diisi dengan cairan dengan dinding yang tidak dibasahi ke dalam rongga, yang dindingnya dibasahi dengan air. Melalui saluran drainase, tekanan udara antar rongga disamakan. Saat menguji instrumen di laboratorium terbang, proses aliran fluida dari satu rongga ke rongga lainnya direkam menggunakan film.

Saat menguji perangkat di stasiun Salyut-5, ketahanan gelembung gas dalam cairan terhadap tekanan mekanis dipelajari. Ketika perangkat diguncang dengan kuat, gelembung gas di rongga berisi cairan pecah menjadi sejumlah besar (sekitar 100) gelembung kecil. Selanjutnya, gelembung-gelembung ini secara bertahap bergabung menjadi satu yang besar, tetapi durasi proses ini signifikan - sekitar dua hari.

Beras. 9. Skema lokasi tabung dan kopling di perangkat "Reaksi".

Perangkat Reaktiya terdiri dari badan dan dua wadah dengan ekso-paket silinder, di dalamnya masing-masing ada tabung baja tahan karat dengan kopling dipasang di atasnya (Gbr. 9). Solder mangan-nikel ditempatkan di celah antara tabung dan selongsong, yang meleleh selama percobaan, menyebar di sepanjang celah, dan memadat saat pendinginan dan menyediakan sambungan solder yang kuat antara selongsong dan tabung. Seperti yang ditunjukkan oleh studi sampel yang disolder yang dikirim ke Bumi, solder cair membasahi permukaan dan mengalir melalui celah kapiler yang terbentuk antara permukaan bagian dalam selongsong dan tabung, dari rongga annular yang lebih besar ke rongga annular yang lebih kecil (Gbr. 10) .

Jadi, dengan menggunakan perangkat "Reaksi", kemungkinan luapan cairan di bawah aksi gaya tegangan permukaan ditunjukkan. Metode kontrol aliran fluida ini dapat berguna dalam praktik, misalnya, untuk produksi produk cetakan dengan bentuk kompleks di ruang angkasa. Eksperimen serupa untuk mempelajari penyebaran logam cair (timah) di sepanjang cetakan tembaga bentuk kompleks di bawah aksi gaya tegangan permukaan juga dilakukan selama peluncuran roket ketinggian tinggi di Uni Soviet pada Maret 1976.

Beras. 10. Bagian melintang (a) dan memanjang (b) dari sambungan solder di perangkat Reaksi

proses kristalisasi. Proses paling penting untuk mendapatkan material dalam kondisi ruang adalah kristalisasinya. Kristal tunggal dapat diperoleh dari larutan, lelehan, atau dari fase uap. Fitur dari ketiga metode memperoleh kristal dipelajari di berbagai pesawat ruang angkasa. Mari kita pertimbangkan sebagai contoh eksperimen pertumbuhan kristal yang dilakukan di stasiun Salyut-5, serta selama penerbangan bersama pesawat ruang angkasa Soyuz dan Apollo.

Di stasiun Salyut-5, fitur pertumbuhan kristal dari larutan berair dipelajari. Fitur pembeda utama dari eksperimen semacam itu di ruang angkasa adalah tidak adanya konveksi dalam cairan, yang mengarah pada fluktuasi laju pertumbuhan dan komposisi kristal. Dari sudut pandang ini, kualitas kristal yang diperoleh di luar angkasa harus lebih tinggi. Tetapi di sisi lain, di bawah kondisi kosmik, gaya Archimedes tidak bekerja pada gelembung gas dalam cairan, dan gelembung ini dapat ditangkap dengan menumbuhkan permukaan kristal.

Studi proses ini di stasiun Salyut-5 dilakukan dengan menggunakan perangkat Kristall. Itu adalah termostat dengan tiga crystallizers, di mana masing-masing kristal kalium tawas tumbuh dari larutan berair mereka (lihat Gambar. 6). Tawas kalium dipilih sebagai bahan yang diteliti, karena sifat dan fitur pertumbuhannya di Bumi dipelajari dengan baik. Untuk menginduksi proses kristalisasi, sepotong kristal ("benih") dimasukkan ke dalam masing-masing larutan. Di wajahnya, pertumbuhan kristal dimulai, yang bahannya, karena difusi, berasal dari larutan. pada gambar. 11 menunjukkan sampel kristal tawas kalium tumbuh di stasiun orbital Salyut-5.

Percobaan dengan crystallizer No. 1 berlangsung selama 24 hari (dari 14 Juli hingga 8 Agustus 1976). Ekspedisi pertama ke stasiun Salyut-5 - kosmonot B.V. Volynov dan V.M. Zholobov - mengirimkan kristal dari crystallizer ini ke Bumi, yang tumbuh tidak hanya pada "benih", tetapi juga dalam volume crystallizer (massa, atau volume , kristalisasi ). Percobaan dengan crystallizer No. 2 berlangsung 185 hari (dari 9 Agustus 1976 sampai 11 Februari 1977). Sebagian besar eksperimen ini terjadi saat stasiun Salyut-5 berada dalam mode tak berawak. Ekspedisi kedua - kosmonot V. V. Gorbatko dan Yu. N. Glazkov - mengirimkan ke Bumi sejumlah besar kristal yang diperoleh selama kristalisasi massal. Sebuah fenomena menarik dicatat - perpaduan kristal individu menjadi rantai ("kalung"). Percobaan pada crystallizer No. 3 dilakukan selama 11 hari. Sebuah kristal yang tumbuh di "benih" dikirim ke Bumi, tidak ada kristalisasi massal di crystallizer ini (lihat Gambar. 11).

Studi tentang kristal yang tumbuh di crystallizer No. 1 menunjukkan bahwa kristal "kosmik" berbeda dari kristal yang tumbuh di Bumi baik dalam segi eksternal kristal (wajah kristal yang biasanya kurang berkembang dalam sampel terestrial berkembang dengan baik) dan dalam struktur internal (sampel kosmik mengandung peningkatan jumlah inklusi gas-cair). Studi kristal yang diperoleh dengan kristalisasi massa di crystallizer No. 2 menunjukkan bahwa mereka juga mengandung inklusi gas-cair. Intergrowths empat sampai lima kristal individu diamati. Untuk kristal yang ditumbuhkan dalam cetakan No. 3, pergantian zona yang mengandung inklusi gas dengan zona bebas inklusi adalah tipikal.

Beras. Gambar 11. Kristal tawas kalium yang ditanam di stasiun Salyut-5 (a - sampel dari cetakan No. 1; b - dari cetakan No. 2; c - dari cetakan No. 3)

Studi kristal yang dikirim dari luar angkasa juga menunjukkan bahwa mereka tidak menunjukkan pita, yang merupakan karakteristik kondisi terestrial dan menunjukkan fluktuasi dalam tingkat pertumbuhan. Hasil ini mungkin karena tidak adanya konveksi dalam larutan dalam kondisi ruang.

Sumber inklusi gas-cair dalam kristal jelas adalah gelembung gas yang larut dalam cairan dan dilepaskan di bagian depan kristalisasi. Gelembung gas ditangkap oleh kristal yang sedang tumbuh dan menyebabkan larutan cair terperangkap. Dengan menggunakan larutan degas dalam percobaan berikutnya, akan memungkinkan untuk menumbuhkan kristal di ruang angkasa yang tidak mengandung inklusi semacam itu. Pertumbuhan antar kristal yang diamati dalam crystallizer No. 2, di mana proses kristalisasi berlangsung selama sekitar setengah tahun, tampaknya disebabkan oleh daya tarik timbal balik kristal yang tumbuh dalam volume cairan untuk waktu yang lama.

Fitur pertumbuhan kristal dari lelehan juga dipelajari dengan menggunakan germanium sebagai contoh, juga dalam percobaan yang dilakukan selama penerbangan pesawat ruang angkasa Soyuz-Apollo. Sampel uji ditempatkan dalam ampul, yang dipasang di tungku listrik, di mana germanium mengalami peleburan sebagian diikuti dengan pemadatan dalam mode pendinginan terprogram pada laju 2,4 derajat/menit. Untuk menentukan secara eksperimental laju pertumbuhan kristal, tanda antarmuka dibuat setiap empat detik dengan melewatkan pulsa arus listrik pendek melalui lelehan. Selama pemrosesan sampel pasca-penerbangan, tanda-tanda ini terungkap, dan laju pertumbuhan kristal diukur dari mereka, yang pada akhir periode pendinginan sekitar 10–3 cm/s. Dalam eksperimen kontrol yang dilakukan di Bumi, kecepatan ini ternyata kurang lebih sama. Hasil ini berarti bahwa, baik di ruang angkasa maupun di Bumi, perpindahan panas dalam lelehan ditentukan untuk kasus ini terutama oleh konduktivitas termal, sedangkan peran konveksi sangat kecil. Kristal yang diperoleh di luar angkasa jauh lebih besar daripada yang tumbuh di Bumi dalam pengaturan yang sama.

Dalam percobaan yang juga dilakukan sebagai bagian dari program Soyuz-Apollo, dipelajari pertumbuhan kristal dari fase uap. Kristal jenis germanium - selenium - telurium tumbuh dalam ampul tertutup, yang dipasang di zona dengan perbedaan suhu dalam tungku listrik. Eksperimen menunjukkan bahwa kristal yang dikirim dari luar angkasa lebih sempurna daripada sampel kontrol yang diperoleh di Bumi (keseragaman lebih tinggi, lebih sedikit cacat kisi kristal, dll.). Pada saat yang sama, ditemukan bahwa, bertentangan dengan harapan teoretis, laju perpindahan massa melebihi nilai yang dihitung dalam pendekatan difusi murni, tetapi kurang dari nilai yang diperoleh dalam eksperimen kontrol di Bumi, di mana konveksi memainkan peran penting. Hasil ini masih membutuhkan penjelasan teoritis.

Dengan demikian, percobaan yang dilakukan di ruang angkasa pada pertumbuhan kristal dari larutan, lelehan, dan dari fase uap telah menunjukkan bahwa di bawah kondisi ruang adalah mungkin untuk mendapatkan bahan kristal dengan kesempurnaan dan keseragaman yang lebih tinggi. Pada saat yang sama, telah ditetapkan bahwa sejumlah fitur pertumbuhan kristal yang diamati secara eksperimental dalam keadaan tanpa bobot belum menerima cakupan teoretis yang diperlukan dan memerlukan penyelidikan lebih lanjut.

Pemadatan tanpa wadah dalam keadaan tanpa bobot. Proses pembentukan benda cair dan pemadatannya dalam kondisi ketika tidak terpengaruh oleh gaya berat memiliki karakteristiknya sendiri. Pertama, cairan, yang dibiarkan sendiri dalam kondisi ini, cenderung, seperti diketahui, berbentuk bola. Namun, pada kenyataannya, ketika cairan membeku, sejumlah efek muncul yang memperumit proses spheroidization: fluktuasi bebas volume cairan, tingkat pendinginan cairan yang berbeda pada permukaan dan volume, dll. Kedua, proses pemadatan dan kristalisasi cairan semacam itu dalam keadaan tanpa bobot juga dapat berlangsung menurut -lainnya. Pertama-tama, ini menyangkut konveksi, yang, dalam kondisi terestrial, menghaluskan fluktuasi suhu dalam lelehan dan berkontribusi pada stabilitas proses kristalisasi. Ketiga, dalam kasus paduan multikomponen, tidak adanya gravitasi dapat mempengaruhi redistribusi komponen di dalam cairan, dan dengan demikian homogenitas sampel.

Totalitas masalah ini diselidiki dalam percobaan di stasiun Skylab, serta dalam percobaan dengan perangkat Sphere di stasiun Salyut-5. Pada percobaan pertama ini, blanko nikel murni atau paduannya dilebur dengan berkas elektron dan kemudian didinginkan dengan mengambang bebas di ruang vakum di atas stasiun Skylab. Studi tanah dari sampel yang diperoleh menunjukkan bahwa penyimpangan bentuknya dari bola adalah sekitar 1%, dan sampel yang dibuat dari paduan mengandung pori-pori internal. Tujuan dari percobaan lain adalah untuk mendapatkan bahan tanpa bobot dengan porositas seragam dengan melebur kembali kisi-kisi perak. Ilmuwan Amerika gagal mendapatkan bahan seperti itu, tetapi ketika peleburan kembali jaring perak tipis dalam ampul, spheroidisasi tetes perak cair diamati. Studi berbasis darat dari bagian tetesan yang mengeras itu, yang tidak bersentuhan dengan dinding ampul selama pendinginan, menunjukkan bahwa bentuknya jauh dari sempurna. Permukaan sampel ditutupi dengan kisi-kisi alur, dan ada rongga susut dalam volumenya. Struktur internal sampel memiliki karakter seluler. Dapat diasumsikan bahwa itu adalah pemadatan seluler dan pembentukan cangkang yang mencegah pembentukan bola yang lebih teratur dalam kondisi yang mendekati tanpa bobot.

Untuk mendapatkan informasi baru tentang proses yang menyertai pemadatan tanpa wadah dari logam cair di stasiun Salyut-5, sebuah eksperimen dilakukan dengan perangkat Sphere. Paduan eutektik Wood dipilih sebagai bahan uji, yang memiliki titik leleh minimum (sekitar 70 °C) dan oleh karena itu memungkinkan meminimalkan konsumsi daya (10 W). Komposisi kimia dari paduan yang diselidiki (berdasarkan berat): bismut - 40, timbal - 40, kadmium - 10, timah - 10%. Perangkat "Sphere" adalah pemanas listrik, di mana benda kerja yang diselidiki seberat 0,25 g dicairkan, yang kemudian didorong ke dalam kantong lavan menggunakan batang. Di dalam tas ini, casting didinginkan dan dipadatkan tanpa bersentuhan dengan dinding. Waktu selama benda kerja yang ditempatkan di pemanas dipanaskan sampai suhu leleh adalah 30 detik di Bumi. Dalam keadaan tanpa bobot, kontak antara benda kerja dan dinding pemanas akan memburuk; oleh karena itu, waktu pemanasan sampel ditingkatkan menjadi 2 menit.

Sampel yang dikirim ke Bumi setelah percobaan selesai memiliki bentuk elips, dan permukaannya ditutupi dengan serat yang diatur secara acak (menurut kosmonot V. M. Zholobov, sampel itu tampak seperti landak). Seperti yang ditunjukkan oleh analisis, struktur internal sampel juga sangat berubah karena peleburan kembali di ruang angkasa: distribusi komponen paduan yang seragam di atas volume terganggu, kristal seperti jarum dengan komposisi kimia yang berbeda terbentuk, dll. Kemungkinan alasan untuk ini Perubahan tersebut, tampaknya, merupakan ciri dari rezim termal lelehan selama pengeringannya di bawah kondisi penahanan tanpa wadah. Upaya untuk memilih di bawah kondisi laboratorium seperti rezim termal untuk memproses billet paduan kayu yang akan mengarah ke struktur pengecoran yang sama tidak memberikan hasil yang positif, jelas, karena tidak mungkin untuk mereproduksi retensi sampel tanpa wadah di Bumi.

Dengan demikian, studi yang dilakukan hingga saat ini di bidang fondasi fisik produksi ruang angkasa, termasuk eksperimen yang dilakukan pada berbagai pesawat ruang angkasa, telah mengkonfirmasi kebenaran gagasan umum tentang fitur proses fisik dalam keadaan tanpa bobot dan memberikan bukti eksperimental langsung dari kemungkinan mendapatkan bahan dengan karakteristik yang lebih baik di ruang angkasa. Pada saat yang sama, eksperimen menunjukkan ketidakcukupan teori kuantitatif yang ada dari proses ini dan mengungkapkan perlunya studi khusus yang bertujuan mengembangkan fondasi teoretis untuk produksi bahan baru di luar angkasa.

metalurgi luar angkasa

Metalurgi berkaitan dengan produksi logam dan dengan proses yang memberikan paduan logam sifat yang diperlukan dengan mengubah komposisi dan strukturnya. Metalurgi mencakup proses pembersihan logam dari pengotor yang tidak diinginkan, produksi logam dan paduan, perlakuan panas logam, pengecoran, pelapisan pada permukaan produk, dll. Sebagian besar proses ini mencakup transisi fase ke keadaan cair atau gas, yang pengaruh gaya massa pada komposisi dan struktur bahan akhir dapat menjadi signifikan. Oleh karena itu, transfer proses metalurgi ke ruang angkasa membuka kemungkinan mendasar untuk produksi bahan dengan karakteristik yang lebih baik, serta bahan yang tidak dapat diperoleh di Bumi.

Proses metalurgi dalam kondisi ruang dapat digunakan untuk menyelesaikan masalah berikut.

1. Persiapan paduan di mana tidak ada pemisahan karena gaya Archimedes (memperoleh bahan komposit, paduan homogenitas dan kemurnian tinggi, logam busa).

2. Persiapan paduan tanpa adanya arus konveksi (kristal tunggal bebas cacat, peningkatan eutektik dan bahan magnetik).

3. Pengecoran bebas gravitasi (persiapan film, kawat, produk cor dengan bentuk kompleks).

4. Peleburan logam dan paduan tanpa wadah (pemurnian logam dan paduan, pemadatan homogennya).

5. Pengembangan metode untuk mendapatkan sambungan permanen pada kendaraan luar angkasa (pengelasan, penyolderan, dll.).

Mari kita pertimbangkan secara singkat keadaan penelitian yang bertujuan memperoleh bahan di luar angkasa dengan metode metalurgi.

Kristal dan paduan bebas cacat. Untuk produksi paduan, komponen awal dapat disiapkan baik dalam fase cair maupun dalam fase gas (uap), diikuti dengan kristalisasi. Dalam keadaan tanpa bobot, karena tidak adanya pemisahan fase, kombinasi komponen yang berubah-ubah dalam keadaan apa pun dapat ditentukan. Hal ini dimungkinkan, khususnya, untuk mendapatkan transisi langsung dari fase uap ke padat, melewati lelehan. Bahan yang diperoleh dengan penguapan dan kondensasi memiliki struktur yang lebih halus, yang biasanya sulit diperoleh dengan proses peleburan dan pemadatan (peleburan ruang dapat dianggap sebagai metode pemurnian). Dalam hal ini, efek berikut mungkin terjadi dalam lelehan: penguapan komponen yang lebih mudah menguap, penghancuran senyawa kimia (oksida, nitrida, dll.).

Proses yang paling penting untuk memproduksi paduan adalah pemadatan. Proses ini secara signifikan mempengaruhi struktur logam. Selama pemadatan, berbagai cacat dapat terjadi pada struktur logam: heterogenitas paduan dalam hal komposisi kimia, porositas, dll. Adanya penurunan suhu dan konsentrasi dalam lelehan dapat menyebabkan konveksi. Jika lelehan membeku di bawah kondisi fluktuasi suhu, maka fluktuasi lokal dalam laju pertumbuhan kristal terjadi, yang dapat menyebabkan cacat seperti struktur kristal berpita. Untuk mengatasi cacat struktural ini, diperlukan tindakan untuk mengurangi konveksi.

Di bawah kondisi ruang, kemungkinan menyiapkan campuran homogen yang terdiri dari komponen dengan kepadatan berbeda dan dengan titik leleh berbeda terbuka. Di Bumi, campuran seperti itu tidak bisa stabil karena gaya Archimedes. Kelas khusus dari paduan jenis ini adalah bahan magnetik, termasuk superkonduktor baru.

Telah dicatat sebelumnya bahwa salah satu keuntungan dari metode peleburan zona dalam kondisi ruang adalah memungkinkan untuk mendapatkan kristal tunggal dengan ukuran lebih besar daripada di Bumi. Tidak adanya gravitasi juga memungkinkan untuk mengatur proses kristalisasi terarah dengan cara baru. Dengan cara ini, kumis yang sangat panjang ("kumis", atau "kumis") dengan kekuatan yang meningkat dapat diperoleh.

Mari kita pertimbangkan eksperimen di mana kemungkinan praktis metalurgi ruang diselidiki. Jadi, dalam percobaan di stasiun Skylab, paduan diperoleh dari komponen yang tercampur dengan buruk di bawah kondisi terestrial. Dalam tiga ampul kosong emas-germanium, timbal-seng-antimoni, paduan timah-timah-indium ditempatkan. Di bawah kondisi ruang, sampel dilebur kembali selama beberapa jam, disimpan pada suhu di atas titik leleh, dan kemudian didinginkan. Sampel yang dikirim ke Bumi memiliki sifat unik: homogenitas bahan ternyata lebih tinggi daripada sampel kontrol yang diperoleh di Bumi, dan paduan emas dengan germanium ternyata superkonduktor pada suhu sekitar 1,5 K. Campuran analog diperoleh dari lelehan di Bumi tidak memiliki sifat ini. , tampaknya karena kurangnya homogenitas.

Dalam kerangka program ASTP Soviet-Amerika, percobaan semacam itu dilakukan, yang tujuannya adalah untuk mempelajari kemungkinan memperoleh bahan magnetik dengan karakteristik yang lebih baik. Paduan mangan-bismut dan tembaga-kobalt-cerium dipilih untuk penelitian. Suhu maksimum 1075 °C dipertahankan di zona kerja tungku listrik selama 0,75 jam, dan kemudian tungku didinginkan selama 10,5 jam. Pemadatan terjadi selama periode tidur para astronot untuk mengurangi dampak getaran yang tidak diinginkan selama pergerakan mereka di dalam stasiun. Hasil terpenting dari eksperimen ini adalah bahwa sampel jenis pertama, yang dipadatkan di atas pesawat ruang angkasa, memiliki gaya koersif 60% lebih tinggi daripada sampel kontrol yang diperoleh di Bumi.

Bahan komposit. Bahan komposit, atau komposit, adalah bahan yang dibuat secara artifisial yang terdiri dari pengikat utama dan pengisi penguat yang tahan lama. Contohnya termasuk kombinasi aluminium (bahan pengikat) dengan baja yang disiapkan dalam bentuk filamen (bahan penguat). Ini juga termasuk logam busa, yaitu logam, yang volumenya mengandung sejumlah besar gelembung gas yang terdistribusi secara merata. Dibandingkan dengan komponen yang membentuknya, material komposit memiliki sifat baru - peningkatan kekuatan dengan berat jenis yang lebih rendah. Upaya untuk mendapatkan komposit dengan basa dalam keadaan cair di bawah kondisi terestrial mengarah pada delaminasi material. Preparasi komposit dalam kondisi ruang dapat memberikan distribusi pengisi penguat yang lebih seragam.

Eksperimen juga dilakukan di stasiun Skylab, yang tujuannya adalah untuk mendapatkan material komposit yang diperkuat dengan "kumis" silikon karbida (berat jenis 3.1). Perak (berat jenis 9,4) dipilih sebagai bahan utama (matriks). Bahan komposit dengan dasar logam yang diperkuat dengan "kumis" menarik secara praktis karena kekuatannya yang tinggi. Teknik produksinya didasarkan pada proses pencampuran, pengepresan, dan sintering yang berurutan.

Saat melakukan eksperimen ruang angkasa, ukuran partikel bubuk perak ~ 0,5 mm, diameter kumis silikon karbida ~ 0,1 m, dan panjang rata-rata ~ 10 m. Tabung kuarsa yang menampung sampel memiliki piston grafit-kuarsa dengan pegas untuk mengompresi sampel setelah meleleh untuk mengeluarkan rongga dari lelehan. Sebuah studi tentang material komposit yang dikirim ke luar angkasa menunjukkan bahwa, dibandingkan dengan sampel kontrol, mereka memiliki struktur yang jauh lebih seragam dan kekerasan yang lebih tinggi. Dalam hal bahan yang diperoleh di Bumi, stratifikasi struktural terlihat jelas, dan "kumis" melayang.

eutektik. Eutektik adalah campuran tipis padatan yang mengkristal secara bersamaan pada suhu di bawah titik leleh salah satu komponen atau campuran lain dari komponen ini. Suhu di mana lelehan seperti itu mengkristal disebut suhu eutektik. Paduan jenis ini sering dibentuk dari komponen yang sangat berbeda satu sama lain (misalnya, paduan eutektik Wood termasuk bismut, timbal, timah, kadmium). Bahan eutektik banyak digunakan dalam sains dan teknologi: mereka digunakan untuk pembuatan bilah turbin gas, sebagai bahan superkonduktor dan optik khusus.

Untuk persiapan eutektik, metode pemadatan terarah biasanya digunakan, yaitu pemadatan dalam satu arah tertentu. Penerapan metode ini dalam kondisi ruang tidak diragukan lagi menarik, karena karena tidak adanya konveksi, homogenitas material dapat ditingkatkan, dan dengan menghilangkan kontak lelehan dengan dinding, dimungkinkan untuk mendapatkan bebas oksida. bahan yang akan memiliki sifat optik yang berguna.

Berbagai eutektik adalah sistem dua fase seperti "kumis". Ini adalah kristal tunggal acicular dengan struktur yang sangat sempurna, yang kekuatannya, karena tidak adanya inklusi asing, mendekati kemungkinan secara teoritis. Dalam keadaan tanpa bobot, bahan tersebut dapat ditumbuhkan dan dimasukkan ke dalam logam cair dengan metode pengecoran komposit. Jenis eutektik lainnya adalah film epitaksi tipis. Film semacam itu banyak digunakan dalam pembuatan transistor dengan menyimpan bahan pada basis padat - substrat dari fase cair atau uap. Manifestasi konveksi dalam cairan atau gas menyebabkan distorsi kisi film epitaksi, hingga munculnya inklusi yang tidak diinginkan dan cacat struktural lainnya di dalamnya.

Sejumlah percobaan dilakukan di bawah kondisi ruang untuk mempelajari paduan eutektik. Misalnya, dalam satu percobaan di stasiun Skylab, efek bobot pada struktur paduan tembaga-aluminium selama pemadatan terarah diselidiki. Dalam sampel yang dikirim dari luar angkasa, jumlah cacat berkurang 12-20%. Dalam percobaan lain di stasiun Skylab dan MA 131 selama penerbangan bersama pesawat ruang angkasa Soyuz dan Apollo, produksi eutektik halida dua fase (NaCl-NaF dalam kasus pertama dan NaCl-LiF dalam kasus kedua) dipelajari. Selama pemadatan eutektik seperti itu, salah satu fase (NaF atau LiF) dapat membentuk filamen yang tertanam di fase lain sebagai bahan matriks.

Eutektik semacam itu dapat digunakan sebagai serat optik untuk wilayah spektrum inframerah. Eutektik filamen yang diproduksi di Bumi memiliki sejumlah besar cacat, yang kejadiannya dikaitkan dengan gerakan konveksi osilasi dalam cairan. Struktur eutektik halida yang diperoleh di ruang angkasa ternyata lebih sempurna, yang menyebabkan peningkatan karakteristik teknisnya. Dengan demikian, koefisien transmisi cahaya untuk sampel tipe pertama meningkat 40 kali lipat, dan tipe kedua - 2 kali lipat dibandingkan dengan sampel serupa yang ditanam di Bumi.

Teknologi untuk mendapatkan koneksi permanen. Seperti disebutkan di atas, pekerjaan pertama di dunia di bidang ini dilakukan di Uni Soviet pada tahun 1969 dengan pesawat ruang angkasa Soyuz-6. Di stasiun luar angkasa Soviet Salyut-5, kosmonot B. V. Volynov dan V. M. Zholobov melanjutkan penelitian ke arah ini, berhasil melakukan eksperimen pada logam solder menggunakan perangkat Reaksi. Perangkat "Reaksi" (lihat Gbr. 6) dan wadah luar yang ditempatkan di dalamnya tidak dirancang kedap udara, dan oleh karena itu, untuk mensimulasikan kondisi penyolderan di luar angkasa, udara dievakuasi terlebih dahulu dari area tertutup antara selongsong dan tabung ( lihat Gambar 9). Tabung dan kopling dibuat dari stainless steel, dan untuk membuat celah kapiler di antara mereka, dibuat knurling dengan kedalaman 0,25 mm pada permukaan tabung. Solder mangan-nikel suhu tinggi (suhu penyolderan 1200–1220 °C) dipilih sebagai solder, yang dicirikan oleh sifat mekanik yang tinggi dan ketahanan korosi yang baik.

Studi metalografi berbasis tanah dan pengujian las (untuk kerapatan vakum, untuk kekuatan mekanik dalam penguji tarik dengan tekanan internal hingga 500 atm) telah menunjukkan bahwa sambungan solder yang diperoleh di ruang angkasa tidak kalah kualitasnya dengan yang diperoleh dalam kondisi terestrial , dan melampaui mereka dalam sejumlah indikator. Secara khusus, pengisian celah yang seragam dengan solder diamati, dan struktur mikro logam lebih seragam (lihat Gambar 10).

Hasil pengujian pada pesawat ruang angkasa dari berbagai metode pengelasan dan penyolderan mengkonfirmasi bahwa metode untuk mendapatkan sambungan permanen ini akan menemukan aplikasi luas saat melakukan pekerjaan pemasangan dan perakitan pada objek luar angkasa yang menjanjikan.

bahan semikonduktor

Semikonduktor - zat yang memiliki konduktivitas elektronik, dan dalam hal konduktivitas listrik menempati posisi perantara antara konduktor yang baik (logam) dan isolator (dielektrik). Semikonduktor tipikal adalah, misalnya, germanium dan silikon. Konduktivitas listrik semikonduktor sangat tergantung pada suhu. Di bawah aksi cahaya, konduktivitas listrik dari beberapa semikonduktor meningkat; bahan tersebut kadang-kadang disebut sebagai fotokonduktor. Sifat-sifat semikonduktor juga sangat sensitif terhadap kesempurnaan kisi kristalnya dan keberadaan pengotor. Dalam beberapa kasus, adanya pengotor dalam konsentrasi terkecil (misalnya, 10 -6 atau 10 -7) adalah faktor penentu yang menentukan sifat listrik semikonduktor. Kualitas unik dari bahan semikonduktor ini memastikan penggunaannya secara luas di hampir semua bidang sains dan teknologi.

Pembuatan bahan semikonduktor di luar angkasa dapat memberikan manfaat yang signifikan karena beberapa alasan. Pertama, sifat bahan ini sangat bergantung pada teknologi pembuatannya, dan banyak efek yang tidak diinginkan disebabkan oleh manifestasi gaya berat (konveksi dalam lelehan, pemisahan komponen dengan kepadatan berbeda, dll.). Kedua, di bawah kondisi ruang, keseragaman distribusi dopan dalam semikonduktor dapat ditingkatkan secara signifikan.

Mari kita beralih ke pertimbangan eksperimen teknologi khusus yang bertujuan untuk mewujudkan keuntungan yang ditunjukkan dari pembuatan bahan semikonduktor di luar angkasa.

Pertumbuhan kristal tunggal dari lelehan. Cacat pada kristal tunggal semikonduktor selama pertumbuhannya dari lelehan muncul karena munculnya berbagai jenis aliran konveksi dalam lelehan, serta karena masuknya pengotor yang tidak diinginkan ke dalamnya. Untuk menumbuhkan satu kristal dari lelehan, diperlukan perbedaan suhu, dan dalam hal ini, konveksi termal sering terjadi di Bumi. Arus konveksi menyebabkan munculnya fluktuasi suhu lokal dalam cairan, dan karena fakta bahwa kelarutan pengotor dalam lelehan tergantung pada suhu, distribusi pengotor yang tidak homogen dalam kristal yang sedang tumbuh. Fenomena ini, karena konveksi, disebut pita, atau mikrosegregasi. Banding merupakan salah satu cacat pada struktur kristal tunggal semikonduktor. Karena kemungkinan mengurangi peran konveksi di ruang angkasa, diharapkan kristal tunggal yang ditanam di pesawat ruang angkasa akan memiliki struktur yang lebih seragam.

Untuk menilai pengaruh arus konveksi pada fenomena segregasi, menggunakan contoh kristal tunggal germanium yang didoping dengan pengotor, eksperimen semacam itu dilakukan di stasiun Skylab. Kristal ditempatkan dalam ampul ditempatkan di tungku pemanas listrik, di mana mereka pertama dicairkan sebagian, dan kemudian, di bawah kondisi perbedaan suhu yang hampir konstan, mereka didinginkan dan mengkristal. Gallium, antimon, dan boron digunakan sebagai dopan dalam ampul yang berbeda. Perbandingan dengan sampel kontrol yang diperoleh dengan metode yang sama di Bumi menunjukkan bahwa pemisahan pengotor dalam kristal germanium yang dikirim dari luar angkasa ternyata beberapa kali lebih sedikit. Dalam kasus germanium yang didoping dengan galium, keseragaman relatif dari resistivitas material sepanjang sampel juga diselidiki. Untuk sampel terestrial, itu adalah ? ?/? ? 6,4 10 -2, dan untuk ruang - 0,8 10 -2.

Proses kristalisasi germanium yang didoping galium juga dipelajari selama peluncuran roket ketinggian tinggi Soviet pada bulan Desember 1976. Dalam percobaan ini, sumber panas eksotermik digunakan untuk memanaskan sampel. Sebuah studi tentang ampul yang dikirim ke Bumi menunjukkan bahwa bagian depan yang mencair memiliki bentuk yang cukup datar. Hasil ini menegaskan janji menggunakan perangkat tipe c ini. percobaan untuk mendapatkan bahan semikonduktor.

Dalam percobaan lain di stasiun Skylab, kristal tunggal antimonida indium diperoleh. Yang pertama, batang antimonida indium dipasang di dalam kapsul grafit sedemikian rupa sehingga ujung bebasnya berada di belahan bumi yang berongga. Tujuan dari percobaan ini adalah upaya untuk mendapatkan kristal berbentuk bola. Namun, karena lelehan sebagian menempel pada dinding grafit rongga, bentuk kristal yang diperoleh ternyata tidak bulat, tetapi berbentuk tetesan. Namun, struktur kristal menjadi lebih sempurna: kerapatan dislokasi menurun dengan faktor 5–10, dan pengotor (selenium) didistribusikan lebih merata daripada sampel kontrol yang diperoleh di Bumi.

Eksperimen lain terdiri dari peleburan kembali dan pemadatan berikutnya sampel indium antimonide, yang berada dalam tiga ampul tertutup: dalam satu - antimonide indium murni, yang lain - paduan dengan telurium, yang ketiga - paduan dengan timah. Studi tentang kristal yang diperoleh juga menunjukkan homogenitasnya yang tinggi.

Dalam sejumlah percobaan, kemungkinan memperoleh bahan semikonduktor dari lelehan yang terdiri dari komponen yang sangat berbeda dalam berat jenis dipelajari. Misalnya, dalam satu percobaan yang dilakukan selama penerbangan bersama pesawat ruang angkasa Soyuz dan Apollo, efek bobot pada pemadatan terarah bahan semikonduktor diselidiki. Pasangan timbal-seng dan antimon-aluminium digunakan. Sampel luar angkasa dari paduan antimon-aluminium ternyata lebih homogen daripada yang ada di bumi. Dalam kasus paduan timbal-seng, homogenitas lengkap tidak dapat dicapai.

Menumbuhkan kristal tunggal dari larutan. Jika kristal benih dimasukkan ke dalam larutan jenuh zat yang diinginkan, maka kristal akan tumbuh di atasnya pada suhu konstan. Metode ini digunakan untuk menumbuhkan kristal yang digunakan sebagai pendeteksi gelombang suara, dalam optik, dll. Kristal yang tumbuh sensitif terhadap setiap perubahan kondisi pertumbuhan: fluktuasi suhu dan konsentrasi, munculnya arus konveksi, adanya pengotor asing, dll. Mengubah kondisi eksitasi arus konveksi dalam larutan, perilaku pengotor yang berbeda dalam keadaan tanpa bobot akan mempengaruhi fitur pertumbuhan kristal pada pesawat ruang angkasa.

Hasil studi eksperimental fitur kristal tawas kalium tumbuh dari larutan air jenuh mereka, yang dilakukan di stasiun Salyut-5, disajikan dalam bab sebelumnya.

Tumbuh kristal dari fase uap. Pertumbuhan kristal dengan metode fase uap banyak digunakan untuk mendapatkan film epitaksi dari bahan semikonduktor. Diagram skema perangkat untuk menumbuhkan kristal dari fase uap ditunjukkan pada gambar. 5. Dalam kondisi normal, metode ini sensitif terhadap eksitasi konveksi, yang menyebabkan munculnya cacat pada kisi kristal. Selain itu, ada kecenderungan polikristalisasi, sulit untuk mendapatkan kristal besar dengan metode ini di Bumi.Dalam kondisi ruang, seseorang dapat mengandalkan membatasi peran konveksi dan meningkatkan kualitas bahan yang diperoleh, serta meningkatkan ukuran kristal tunggal.

Efek yang diharapkan juga diselidiki dalam percobaan Skylab. Teknik pertumbuhan kristal fase uap diaplikasikan pada germanium selenide dan germanium telluride. Kristal diperoleh, yang kualitasnya ternyata lebih tinggi daripada sampel kontrol yang disiapkan di Bumi. Itu mungkin untuk mendapatkan kristal tunggal datar germanium selenide dengan ukuran 4 x 17 mm dan ketebalan sekitar 0,1 mm. Di Bumi, hanya kristal kecil dengan struktur yang tidak sempurna yang telah diperoleh.

Mempertimbangkan hasil ini, selama penerbangan bersama pesawat ruang angkasa Soyuz dan Apollo, percobaan semacam itu dilakukan. Di sini, teknik menumbuhkan kristal dari fase uap diterapkan pada sistem yang lebih kompleks: germanium-selenium-tellurium dan germanium-sulfur-selenium. Sampel yang diperoleh dalam kondisi ruang juga ternyata lebih sempurna, dan strukturnya lebih homogen.

Kaca optik dan keramik

Pengaruh kondisi yang mendekati tanpa bobot pada teknologi produksi kaca bisa berbeda. Pertama, peleburan tanpa wadah dapat dilakukan dalam gravitasi nol, sehingga secara tajam mengurangi masuknya kotoran berbahaya ke dalam bahan dari dinding wadah tempat kaca dilebur. Kedua, dimungkinkan untuk memastikan stabilitas campuran cair, yang komponennya sangat berbeda dalam kepadatannya. Ketiga, tidak adanya konveksi bebas mengurangi kemungkinan munculnya pusat kristalisasi acak dan meningkatkan keseragaman. Keempat, peran utama gaya kapiler dapat digunakan untuk memberikan bentuk cair yang diperlukan (serat, film, dll.) sebelum pemadatan. Penggunaan faktor-faktor ini memungkinkan untuk mengandalkan (memperoleh jenis kacamata yang lebih baik atau baru secara kualitatif, serta produk kaca dalam proses produksi ruang angkasa.

pada gambar. 12 menunjukkan bagaimana volume massa pembentuk kaca cair berubah dengan suhu. Ketika, saat lelehan mendingin, suhu pemadatan tercapai T m, proses selanjutnya dapat berkembang dalam dua cara. Jika ada inti dalam lelehan (kotoran yang berasal dari dinding wadah, ketidakhomogenan lokal dalam komposisi kimia, dll.), maka kristalisasi dapat dimulai dalam volume dan volume akan berkurang sesuai dengan kurva yang lebih rendah. Sebaliknya, jika pembentukan inti kristalisasi dapat ditekan, dan laju pendinginan dapat dibuat cukup besar, maka keadaan cairan superdingin pertama kali akan muncul, yang, ketika suhu transisi gelas tercapai, T g masuk ke kaca (kurva atas pada Gambar. 12). Di luar angkasa, proses peleburan kaca tanpa wadah dimungkinkan, dan homogenitas lelehan akan lebih tinggi karena tidak adanya konveksi. Keuntungan ini membuka kemungkinan untuk mendapatkan jenis kaca optik yang lebih baik dan baru pada pesawat ruang angkasa.

Beras. 12. Perubahan volume cairan dengan suhu selama peleburan kaca (T m - suhu kristalisasi;T g - suhu transisi gelas. 1 - meleleh; 2 - cairan yang sangat dingin; 3 - gelas; 4 - kristal)

Pada saat yang sama, untuk keberhasilan pengembangan produksi kaca dalam kondisi ruang, tampaknya, sejumlah kesulitan teknis harus diatasi: penghilangan gelembung gas yang tidak diinginkan dari massa kaca tanpa adanya daya apung, memastikan laju pendinginan yang diberikan tanpa konveksi alami, kontrol rezim suhu pendinginan dan tingkat percepatan acak yang diizinkan dalam kondisi penahanan massa kaca tanpa wadah.

Semua yang telah dikatakan tentang kekhasan produksi kaca di bawah kondisi ruang juga berlaku untuk produksi keramik.

Mari kita pertimbangkan secara singkat beberapa bidang produksi ruang kaca dan keramik yang menjanjikan. Tujuan dari studi ini adalah untuk mengeksplorasi kemungkinan memperoleh kacamata dengan karakteristik optik yang lebih baik, dengan titik leleh yang tinggi, menyerap dan memantulkan panas, untuk pembuatan laser solid-state yang tahan terhadap media yang aktif secara kimia dan mempertahankan sifatnya dalam waktu lama. periode waktu, kacamata semikonduktor dengan "memori" untuk sirkuit terpadu.

Ruang produksi kacamata ini bisa memberikan sejumlah keuntungan. Kacamata semikonduktor, misalnya, memiliki indeks bias yang tinggi di wilayah inframerah. Saat melelehkannya di Bumi, sulit untuk memastikan keseragaman optik yang memadai. Contoh lain adalah produksi kacamata untuk laser solid-state yang mengandung pengotor konsentrasi tinggi (neodymium, ytterbium, dll.). Di luar angkasa, dimungkinkan untuk meningkatkan keseragaman distribusi kotoran dan pada saat yang sama mengurangi aliran kontaminan berbahaya dari dinding wadah.

Karena tidak adanya gaya Archimedes dan peran dominan gaya kapiler dalam kondisi yang hampir tanpa bobot, dimungkinkan untuk menghasilkan produk kaca yang terdiri dari bahan baku yang berbeda dan dengan kesempurnaan permukaan yang tinggi menggunakan metode tanpa wadah. Sebagai contoh, pertimbangkan filter padat, yang merupakan suspensi partikel transparan kecil di dalam bahan transparan, dipilih sedemikian rupa sehingga indeks bias partikel ini dan bahan bertepatan hanya untuk satu panjang gelombang. Akibatnya, radiasi cahaya hanya dengan panjang gelombang ini akan melewati filter tanpa kehilangan, dan untuk semua panjang gelombang lainnya akan ada hamburan dan penyerapan cahaya yang kuat karena pemantulan ganda antar partikel. Dalam keadaan tanpa bobot, adalah mungkin untuk mencapai keseragaman distribusi partikel yang tinggi dalam bahan dasar.

Produksi kaca tanpa wadah di bawah kondisi ruang dapat menyebabkan pengurangan jumlah relatif dari beberapa cacat yang paling umum. Cacat ini meliputi:

1) kristal, yaitu, inklusi yang menonjol dari kaca itu sendiri selama pemadatan;

2) inklusi asing (vitrifikasi tanpa kontainer mampu secara drastis mengurangi konsentrasinya);

3) garis-garis, yaitu interlayers dari satu gelas ke gelas lain, yang memiliki komposisi kimia yang berbeda (sumber guratan juga sebagian besar masuknya kontaminan dari dinding wadah);

4) gelembung, yaitu inklusi gas, untuk menghilangkannya dalam kondisi yang mendekati tanpa bobot, massa kaca cair mungkin harus mengalami pemrosesan khusus (rotasi, getaran, dll.).

Peningkatan material yang signifikan juga dapat diharapkan dalam hal produksi serat optik di luar angkasa. Pemandu cahaya seperti itu biasanya berupa batang kaca dengan bias tinggi yang dikelilingi oleh lapisan kaca dengan bias yang lebih rendah. Perbedaan besar antara koefisien ini memastikan penyerapan rendah dan transmisi tinggi melalui panduan cahaya.

Kualitas pemandu cahaya tergantung pada keakuratan hubungan antara diameter batang dan cangkang, serta antara indeks biasnya. Jika pada antarmuka antara batang dan kulit terdapat ketidakhomogenan yang tidak lebih kecil dari panjang gelombang cahaya (perbedaan diameter, cacat pada struktur kaca, ketidakhomogenan indeks bias, dll.), maka energi cahaya akan dihamburkan sebagian dan diserap pada mereka. Kontaminasi kaca (dengan ion berat, uap air, dll.) juga sangat mempengaruhi nilai penyerapan Dalam kondisi ruang, dimungkinkan untuk meningkatkan teknologi untuk produksi pemandu cahaya serat dengan menghilangkan kotoran yang tidak diinginkan selama pencairan tanpa wadah, menyamakan diameter karena peran utama gaya tegangan permukaan dalam lelehan.

Sebagai contoh bahan keramik yang menjanjikan, yang produksinya di luar angkasa dapat menguntungkan, kami menyajikan eutektik yang memantapkan dalam satu arah. Dengan metode ini, benang logam dapat disematkan di dasar keramik.

Ada juga proposal untuk produksi di ruang angkasa jenis lain dari bahan keramik - sirkuit mikro komposit. Keramik ini terdiri dari massa kaca yang mengandung partikel tersuspensi yang menentukan karakteristik elektronik bahan. Dalam kondisi tanpa bobot, seseorang dapat mengandalkan peningkatan homogenitasnya.

Karena kerumitan teknologi untuk mendapatkan kaca, penelitian eksperimental pada pesawat ruang angkasa ke arah ini telah tertinggal jauh di belakang pekerjaan di bidang produksi ruang angkasa lainnya. Pada bulan Maret dan Desember 1976, ketika roket ketinggian diluncurkan di Uni Soviet, eksperimen peleburan kaca dilakukan untuk pertama kalinya. Menggunakan sumber energi eksotermik, proses peleburan dan pembentukan kaca dipelajari dalam kondisi yang hampir tidak berbobot, menggunakan contoh kaca dengan pengisi (gelas dengan aluminium), serta kaca fosfat yang sangat kuat. Sampel kaca fosfat yang dikirim dari luar angkasa sebagian terdiri dari zona dengan inklusi gas, dan sebagian - dari zona bahan homogen. Paduan aluminium-kaca yang diperoleh memiliki sifat semikonduktor.

Produk biomedis

Salah satu tugas penting yang terkait dengan produksi produk biomedis (vaksin, enzim, hormon, dll.) adalah pemurniannya. Diketahui, misalnya, bahwa meningkatkan kemurnian vaksin yang digunakan mengurangi kemungkinan efek samping yang berbahaya saat digunakan, dan ini, pada gilirannya, memungkinkan Anda untuk meningkatkan dosis dan meningkatkan efektivitas obat terapeutik.

Salah satu metode yang paling umum untuk pemurnian dan pemisahan bahan biologis seluler didasarkan pada penggunaan elektroforesis. Fenomena ini diamati dalam sistem terdispersi, yaitu, sistem yang terdiri dari dua fase atau lebih dengan antarmuka yang sangat berkembang di antara mereka, dan salah satu fase (fase terdispersi) didistribusikan dalam bentuk partikel kecil - tetesan, gelembung, dll n.- dalam fase lain (media dispersi). Sistem dispersi termasuk zat biologis. Jika medan listrik eksternal diterapkan pada media seperti itu, maka di bawah pengaruhnya, partikel terdispersi yang tersuspensi dalam cairan mulai bergerak. Inilah fenomena elektroforesis.

Partikel terdispersi yang tersuspensi dalam media cair berada di bawah aksi medan listrik yang bergerak, karena mereka memiliki muatan listrik. Karena molekul organik yang berbeda memiliki muatan listrik yang berbeda, kecepatan yang mereka peroleh dalam medan listrik berbeda. Perbedaan kecepatan ini adalah dasar untuk metode pemisahan elektroforesis dari fraksi yang diperlukan dari media terdispersi dan pemurnian bahan biologis. Skema pengaturan eksperimental yang dibangun berdasarkan prinsip-prinsip ini ditunjukkan pada gambar. tigabelas.

Beras. 13. Elektroforesis dalam aliran cairan bebas (1 - suplai larutan; 2 - pemilihan fraksi). Pemisahan fraksi dilakukan dengan arah tegak lurus aliran larutan antar elektroda

Dalam kondisi terestrial, penggunaan elektroforesis untuk memisahkan komponen cairan menghadapi beberapa kesulitan. Pertama, ada tumpang tindih sebagian pecahan yang disebabkan oleh konveksi bebas, serta konveksi termal, karena terjadinya penurunan suhu dan kerapatan tambahan dalam larutan karena pemanasannya ketika arus listrik lewat. Untuk alasan ini, jumlah arus yang dapat melewati larutan sangat dibatasi untuk mencegah panas berlebih yang tidak diinginkan dari cairan. Dan ini berarti produktivitas instalasi untuk pemisahan bahan biologis relatif rendah. Selain itu, karena perbedaan densitas fase terdispersi dan medium pendispersi, di bawah aksi gaya Archimedes, pemisahannya dimungkinkan.

Dalam kondisi ruang, kesulitan ini dapat diatasi. Pertama-tama, ini menyangkut kemampuan untuk membatasi peran konveksi dan, akibatnya, meningkatkan tingkat pemurnian dan meningkatkan produktivitas instalasi. Keuntungan lain yang mungkin dari metode elektroforesis dalam kondisi tanpa bobot terkait dengan fakta bahwa kerapatan tidak mempengaruhi pemisahan fasa. Dalam kondisi terestrial, kerapatan bergantung pada viskositas, yang nilainya dapat diubah dengan menambahkan sejumlah besar molekul kecil atau sejumlah kecil molekul besar ke dalam larutan. Dalam keadaan tanpa bobot, metode pengontrolan viskositas larutan ini menjadi sangat mudah karena tidak adanya gaya Archimedes. Akibatnya, menjadi mungkin untuk mengontrol viskositas medium sebagai parameter independen yang tidak terkait dengan densitas. Tentu saja, kemungkinan ini tidak dapat diwujudkan di Bumi.

Dengan tujuan untuk memverifikasi secara langsung kesimpulan ini dalam kondisi ruang angkasa, ilmuwan Jerman Barat dan Amerika melakukan sejumlah percobaan yang dilakukan di stasiun Skylab dan selama penerbangan bersama pesawat ruang angkasa Soyuz dan Apollo. Dalam percobaan di Skylab, perangkat diuji di mana aliran fluida tak terganggu mengalir di antara dua pelat yang diberi medan listrik. Partikel dimasukkan ke dalam larutan di salah satu ujung perangkat dan dikeluarkan melalui lubang yang terletak di ujung lainnya. Di bawah kondisi terestrial, karena pencampuran arus konveksi, jarak antara pelat tidak dapat dibuat lebih besar dari 1-2 mm. Dalam kondisi ruang, dimungkinkan untuk meningkatkannya menjadi 5 - 10 mm. Hasil ini menegaskan kemungkinan meningkatkan kinerja instrumen dan meningkatkan resolusinya.

Dalam percobaan, perangkat dari jenis yang sama digunakan untuk memisahkan sel darah dan mengeksplorasi keterbatasan yang disebabkan oleh konveksi dan pengendapan partikel. Dengan mengurangi pengaruh konveksi, dimungkinkan untuk meningkatkan kedalaman ruang dan, sebagai hasilnya, meningkatkan produktivitas pemasangan hingga 6,5 ​​kali lipat. Daya pisah telah meningkat 1,5 kali dibandingkan dengan eksperimen yang dilakukan di Bumi.

Dalam percobaan lain, kemungkinan memperoleh persiapan biologis murni dalam kondisi konveksi yang ditekan juga dipelajari menggunakan contoh sel darah dan ginjal, khususnya, tugasnya adalah mengisolasi urokenase dalam bentuk murninya. Urokenase adalah satu-satunya enzim yang diproduksi dalam tubuh manusia yang mampu melarutkan bekuan darah yang terbentuk. Jika dimungkinkan untuk mengisolasi enzim urokenase dalam bentuk murni dan mengetahui proses produksinya oleh sel-sel ginjal, maka dimungkinkan untuk memproduksinya dalam jumlah yang cukup di Bumi. Urokenase adalah cara yang efektif untuk memerangi tromboflebitis dan penyakit kardiovaskular seperti serangan jantung, stroke, dll. Menurut laporan, percobaan ini juga berhasil dilakukan. Namun, secara keseluruhan, sejauh ini lebih sedikit pekerjaan yang telah dilakukan di bidang elektroforesis daripada di bidang penelitian teknologi ruang angkasa lainnya.

Eksperimen teknologi yang kompleks

Untuk studi komprehensif tentang fitur-fitur yang muncul selama proses fisik tanpa bobot, serta untuk mengidentifikasi prospek relatif (untuk produksi ruang angkasa) dari proses teknologi tertentu, perlu untuk melanjutkan dengan melakukan studi eksperimental massal pada pesawat ruang angkasa. berbagai jenis. Keadaan penelitian dan pengembangan saat ini di bidang produksi ruang angkasa, yang sedang berlangsung di Uni Soviet, ditandai dengan tepat oleh transisi ke tahap ini.

Program penelitian ruang angkasa Soviet di bidang teknologi dan produksi menyediakan pelaksanaan eksperimen yang sedemikian kompleks, dan ini akan menjadi tahap baru dalam penelitian dan pengembangan ilmuwan Soviet di bidang ini dan, pada gilirannya, ditentukan oleh keberhasilan dicapai pada tahap sebelumnya. Secara khusus, kompleks eksperimen teknologi yang paling masif baru-baru ini dilakukan selama peluncuran roket ketinggian tinggi dan selama penerbangan stasiun ruang angkasa orbital Salyut-6 dengan kosmonot di dalamnya. Dilakukan sebagai bagian dari program penelitian tunggal, eksperimen ini saling melengkapi.

Pada 27 Desember 1977, sebuah roket ketinggian tinggi diluncurkan di Uni Soviet, yang memungkinkan untuk secara bersamaan melakukan beberapa lusin eksperimen teknologi yang beragam. Untuk implementasinya, satu set perangkat teknologi khusus dikembangkan - SKAT, di mana panas reaksi kimia eksotermik digunakan untuk memanaskan dan melelehkan zat yang sedang dipelajari. Sampel yang diteliti ditempatkan dalam ampul, yang dipasang di sepanjang sumbu sel pemanas silinder.

Durasi keadaan tanpa bobot dalam percobaan ini adalah sekitar 10 menit. Oleh karena itu, untuk memastikan pemadatan zat cair yang cukup cepat sebelum keadaan tanpa bobot berhenti (ketika roket memasuki lapisan atmosfer yang padat), sistem pelepasan panas khusus digunakan. Dia bekerja berdasarkan prinsip "spons termal", berdasarkan penghilangan panas yang dilepaskan ke dalam klip aluminium besar.

Berat total perangkat SKAT (bersama dengan sistem pelepasan panas) adalah 137 kg. Dalam ampul yang berbeda, tergantung pada tugas percobaan, suhu yang berbeda diperoleh. Kisaran suhu maksimum yang direalisasikan menggunakan peralatan SKAT adalah 600-1700 °C.

Program percobaan yang dilakukan dengan menggunakan kit SKAT mencakup studi berbagai zat: bahan komposit, logam busa, paduan khusus, dan semikonduktor. Untuk meningkatkan keandalan hasil, hampir semua percobaan digandakan.

Melakukan eksperimen teknologi yang bersifat kompleks termasuk dalam program kerja yang dilakukan oleh kosmonot Soviet di kompleks penelitian orbital Salyut-6 - Soyuz-27.

11 Januari 1978 kosmonot Yu. V. Romanenko dan G. M. Grechko, yang tiba di stasiun Salyut-6 dengan pesawat ruang angkasa Soyuz-26, bergabung dengan kru pesawat ruang angkasa Soyuz-27 - kosmonot V. A. Dzhanibekov dan O. G Makarov, yang kemudian kembali ke Bumi dengan bantuan pesawat ruang angkasa Soyuz-26. Kendaraan keturunan pesawat ruang angkasa Soyuz-26 dikirim ke Bumi dengan hasil penelitian dan eksperimen selama penerbangan stasiun orbit Salyut-6 selama lebih dari tiga bulan.

Pada 22 Januari 1978, docking dengan kompleks penelitian berawak "Salyut-6" - "Soyuz-27" dari kendaraan pengangkut kargo otomatis "Progress-1" dilakukan. Untuk pertama kalinya dalam sejarah kosmonotika, operasi transportasi dilakukan menggunakan pesawat ruang angkasa otomatis untuk mengirimkan peralatan, instrumen, dan bahan ke stasiun orbit berawak untuk memastikan kehidupan kru dan melakukan penelitian dan eksperimen ilmiah, serta bahan bakar. untuk sistem propulsi pengisian bahan bakar.

Dengan bantuan Progress-1, peralatan dikirim ke stasiun Salyut-6, yang juga dirancang untuk melakukan siklus eksperimen teknologi. Secara khusus, ini termasuk instalasi Splav-01, yang terdiri dari tungku pemanas listrik tipe ampul dan komputer kecil yang dirancang untuk kontrol otomatis rezim termal. Rongga bagian dalam tungku memiliki tiga zona: dengan suhu tinggi dan rendah, dan di antara mereka - dengan perbedaan suhu (suhu maksimum sekitar 1000 °C). Desain tungku memungkinkan untuk melakukan eksperimen secara bersamaan dengan tiga ampul yang diisi dengan zat uji.

Memulai persiapan eksperimen teknologi, Yu. V. Romanenko dan G. M. Grechko menempatkan tungku di ruang kunci di kompartemen kerja stasiun Salyut-6, di mana kru membuang limbah rumah tangga (ruang memiliki dua lubang - satu mengarah di dalam stasiun, yang lain - ke ruang sekitarnya). Kemudian kosmonot menghubungkan airlock ke panel kontrol yang dipasang di dalam stasiun melalui konektor kedap udara khusus. Setelah itu, palka dalam ruangan ditutup dan palka luar dibuka, sehingga tungku berada dalam ruang hampa udara. Kondisi operasi tungku seperti itu dipilih untuk memastikan penghilangan panas darinya dengan radiasi langsung ke ruang luar sekitarnya.

Setelah menyelesaikan persiapan peralatan, pada 14 Februari 1978, kosmonot Yu. V. Romanenko dan G. M. Grechko memulai eksperimen teknologi pertama. Pada saat yang sama, stasiun dialihkan ke mode drift (di mana mesin sistem kontrol sikap dimatikan) untuk mengurangi efek akselerasi kecil selama percobaan. Untuk tujuan yang sama, sebagian besar eksperimen dilakukan saat kosmonot sedang tidur. Ampul yang dipasang di tungku listrik pada percobaan teknologi pertama mengandung senyawa tembaga-indium, aluminium-magnesium, dan indium antimonida.

Pada 16 dan 17 Februari, eksperimen teknologi kedua dilakukan di stasiun Salyut-6, yang berlangsung selama 31 jam dan mempelajari reaksi antara tungsten padat dan aluminium cair, serta proses impregnasi molibdenum berpori dengan galium cair. Para ahli menyarankan bahwa bahan yang terakhir mungkin memiliki sifat superkonduktor.

Tahap baru dalam penyebaran program eksperimen teknologi di stasiun orbital Salyut-6 dikaitkan dengan keberhasilan penerbangan pesawat ruang angkasa Soyuz-28, yang dikemudikan oleh kru internasional pertama yang terdiri dari pilot-kosmonot Uni Soviet A. A. Gubarev dan seorang kosmonot -peneliti, warga negara Cekoslowakia V. Remeka.

Pada 3 Maret 1978, pesawat ruang angkasa Soyuz-28 merapat dengan kompleks orbital Salyut-6 - Soyuz-27. Kosmonot A. A. Gubarev dan V. Remek mengirimkan kapsul yang dibuat di Institut Fisika Keadaan Padat dari Akademi Ilmu Pengetahuan Cekoslowakia, yang berisi dua ampul yang diisi dengan sampel perak dan timbal klorida dan tembaga klorida monovalen, ke kompleks penelitian orbital. Zat-zat ini dipilih karena mereka memiliki sifat optik-akustik yang berharga. Tembaga klorida adalah bahan elektro-optik yang terkenal, dan perak klorida banyak digunakan dalam peralatan deteksi inframerah. Eksperimen gabungan Soviet-Cekoslowakia dengan zat-zat ini disebut Morava.

Memulai percobaan teknologi ini pada tanggal 4 Maret 1978, para kosmonot menempatkan kedua ampul dengan zat uji di tungku listrik instalasi Splav-01, menempatkannya di zona dengan perbedaan suhu. Suhu operasi maksimum tungku dalam percobaan ini adalah sekitar 500 °C, dan total durasi proses rekristalisasi sampel setelah dilebur mencapai sekitar 40 jam struktur zat yang dipelajari dibandingkan dengan sampel kontrol yang diperoleh pada yang sama pengaturan di bawah kondisi terestrial.

Selama percobaan, para kosmonot mengendalikan pengoperasian komputer Splav-01, yang memastikan pemeliharaan rezim suhu yang ditentukan. Setelah percobaan Morava selesai, kapsul dengan zat yang dipelajari dikemas dan dikirim oleh A. A. Gubarev dan V. Remek ke Bumi.

Eksperimen "Morava" menandai dimulainya area baru penelitian luar angkasa bersama oleh negara-negara sosialis yang berpartisipasi dalam program "Interkosmos". Eksperimen teknologi sekarang ditambahkan ke penelitian di bidang fisika ruang angkasa, meteorologi, biologi, dan penelitian tentang sumber daya alam Bumi. Dalam penerbangan kru internasional berikutnya, eksperimen teknologi akan dilanjutkan. Secara khusus, program Interkosmos menyediakan peluncuran pesawat ruang angkasa Soyuz pada tahun 1978, yang krunya akan mencakup perwakilan dari Republik Rakyat Polandia dan Republik Demokratik Jerman. Sebagai bagian dari program terpadu penelitian dan eksperimen ilmiah dan teknologi di atas kompleks ilmiah orbital yang berbasis di stasiun Salyut-6, kosmonot dari negara-negara sosialis harus melakukan tugas-tugas dengan volume dan kompleksitas yang meningkat.

Prospek untuk pengembangan produksi ruang angkasa

Eksperimen teknologi pertama di luar angkasa dilakukan hanya beberapa tahun yang lalu. Dan meskipun sangat sedikit waktu telah berlalu sejak itu, penelitian dan eksperimen ruang angkasa yang dilakukan di Uni Soviet dan di luar negeri telah memungkinkan untuk memperoleh hasil ilmiah dan teknis, yang atas dasar itu dimungkinkan untuk memberikan penilaian awal tentang prospek produksi material baru di luar angkasa. Apa kesimpulan utama yang dapat ditarik dengan menganalisis hasil eksperimen yang dilakukan hingga saat ini?

Secara umum, ide-ide umum tentang fitur-fitur proses fisik dalam keadaan tanpa bobot dikonfirmasi, tetapi pada saat yang sama, ketidakcukupan banyak model teoretis terungkap dan kebutuhan untuk studi khusus yang bertujuan mengembangkan fondasi teoretis produksi ruang ditunjukkan. Kemungkinan memperoleh kristal tunggal semikonduktor ruang angkasa, paduan khusus, komposit, dan bahan lain dengan karakteristik yang lebih baik, serta zat semacam itu, yang tidak dapat diperoleh di Bumi, telah dikonfirmasi secara eksperimental. Kemungkinan untuk meningkatkan resolusi dan meningkatkan produktivitas instalasi untuk pemisahan elektroforesis dari sediaan biologis telah dikonfirmasi secara langsung.

Ini adalah hasil paling umum dari sekitar 60 percobaan yang dilakukan hingga saat ini di berbagai pesawat ruang angkasa di Uni Soviet dan di luar negeri. Dan meskipun banyak yang telah dilakukan, masih banyak lagi yang harus dilakukan sebelum produksi ruang angkasa menjadi cabang ekonomi nasional yang mandiri dan efisien secara ekonomi. Mari kita perhatikan tugas paling penting yang perlu diselesaikan untuk memastikan pencapaian tujuan ini.

Pertama, perlu untuk beralih dari eksperimen yang dilakukan pada instrumen yang relatif sederhana ke studi eksperimental ekstensif menggunakan fasilitas khusus di pesawat, yang sepenuhnya akan mempertimbangkan fitur spesifik pekerjaan di ruang angkasa dan yang akan memungkinkan penggunaan maksimal dari keuntungan yang terkait dengan fitur-fitur ini. . Tugas membuat instalasi semacam itu adalah salah satu prioritas. Kedua, perlu untuk melakukan studi komprehensif tentang pengaruh faktor penerbangan luar angkasa - dan pertama-tama, tanpa bobot - pada hukum proses fisikokimia dalam materi untuk mengidentifikasi mode optimal proses teknologi untuk mendapatkan bahan baru di pesawat ruang angkasa. Ketiga, perlu untuk memastikan pengembangan landasan teoretis produksi ruang angkasa, termasuk pengembangan metode simulasi numerik proses dalam materi.

Tujuan akhir dari penelitian di bidang produksi luar angkasa adalah untuk mengubahnya menjadi industri yang menjanjikan yang memberikan efisiensi teknis dan ekonomi yang cukup tinggi. Karena tingginya biaya penerbangan luar angkasa, menguntungkan untuk memproduksi di luar angkasa hanya produk mahal yang unik, kebutuhan tahunan yang relatif kecil (kilogram atau puluhan kilogram saat ini, ratusan atau ribuan kilogram setelah penciptaan transportasi yang dapat digunakan kembali yang efisien pesawat ruang angkasa). Oleh karena itu, untuk penentuan yang tepat dari prospek dan cara pengembangan lebih lanjut pekerjaan di bidang produksi ruang angkasa, studi tentang efisiensi teknis dan ekonominya memainkan peran penting.

Pertimbangan sedang diberikan untuk kemungkinan memproduksi kristal garnet luar angkasa yang digunakan dalam elemen memori komputer untuk meningkatkan karakteristiknya. Permintaan kristal ini pada 1980-an, menurut data asing, akan ditandai dengan biaya lebih dari $ 1 miliar.Jika beberapa dari kebutuhan ini ditutupi oleh produksi ruang angkasa, ini juga akan memberikan penghematan biaya yang nyata. Jika memungkinkan untuk mengatur produksi bahan tertentu di luar angkasa, misalnya, paduan superkonduktor baru dengan suhu kritis yang meningkat atau kaca optik untuk laser berdaya tinggi, ini benar-benar akan merevolusi seluruh cabang teknologi.

Perhatian khusus layak untuk penelitian yang ditujukan untuk mengatur produksi di ruang persiapan biomedis dan farmasi yang baru atau lebih baik. Eksperimen yang berhasil dalam memperoleh enzim urokenase, yang dilakukan selama penerbangan pesawat ruang angkasa Soyuz-Apollo, menunjukkan bahwa hasil penting baru dapat diharapkan ke arah ini. Pekerjaan berkelanjutan di bidang penting ini dapat memberikan kontribusi nyata bagi pengembangan perawatan kesehatan dan memberikan efek ekonomi yang signifikan. Menurut para ahli asing, pada tahun 2000 hingga 30 ton persiapan biologis (enzim, vaksin, dll.) dengan total biaya sekitar $17 miliar akan diproduksi di luar angkasa setiap tahunnya.

Kemajuan dalam teknologi roket dan ruang angkasa telah mempersenjatai manusia dengan faktor baru yang dapat ia gunakan dalam aktivitas produksinya - keadaan tanpa bobot yang lama. Apakah mungkin untuk meragukan bahwa orang-orang sezaman kita - ilmuwan, insinyur, perancang, teknolog - akan dapat menempatkan faktor ini untuk melayani umat manusia? Seluruh pengalaman sejarah ilmu pengetahuan dan teknologi menunjukkan bahwa hal ini pasti akan terjadi.

Namun, orang tidak boleh berpikir bahwa kesimpulan seperti itu secara otomatis membuka prospek tanpa awan untuk pengembangan produksi ruang angkasa di masa depan. Sebaliknya, menyiratkan perlunya kajian yang lebih mendalam terhadap keseluruhan masalah, yang dilakukan dalam kerangka satu program yang bersifat komprehensif. Tidak ada keraguan bahwa pendekatan inilah yang akan memastikan perkembangan pesat area baru aktivitas manusia di luar angkasa - produksi material baru di luar angkasa.

literatur

Grishin S. D., Pimenov L. V. Jalan ke pabrik di orbit. - Izvestia, 1976, 12 Agustus.

Avduevskiy V. S., Grishin S. D., Pimenov L. V. Ke pabrik orbit masa depan. - Pravda, 1977, 20 Februari.

Belyakov I.T., Borisov Yu.D. Teknologi di luar angkasa. - "Teknik", 1974.

Tanpa bobot. Fenomena fisik dan efek biologis. M., Mir, 1964.

Khaikin S.E. Kekuatan inersia dan tanpa bobot. M., "Nauka", 1967 (()

12

Sirkuit terpadu adalah perangkat elektronik, yang elemen-elemennya terhubung secara struktural dan secara elektrik saling terhubung secara tidak terpisahkan.