2020. gads iezīmē jaunu kosmosa izpētes un inovāciju desmitgades sākumu, kurā niķeli saturošiem sakausējumiem ir svarīga loma daudzos lietojumos, tostarp raķešu, riteņu un katalizatoru ražošanā.
Uzņēmums SpaceX, kas nodarbojas ar kosmosa iekārtu ražošanu un atkārtojamu kosmosa transportu, izmanto niķeli saturošu 304 (S30400) nerūsējošo tēraudu, lai ražotu Starships un īpaši smagas raķetes.
Izmaksas ir zemākas salīdzinājumā ar oglekļa šķiedru, kuras kilograms maksā vairāk nekā 60 reizes vairāk. Tas ir arī daudz karstumizturīgāks nekā oglekļa šķiedra vai citi metāli, tāpēc tai ir nepieciešama daudz mazāka vai, iespējams, vienmērīga izolācija.
Tikmēr NASA pēta citu potenciālu niķeli saturošu materiālu pielietojumu zondes riteņos. Gumijas riteņi ir nepraktiski uz Mēness vai Marsa, tāpēc oriģinālie Apollo mēness ripas riteņi tika izgatavoti no atsperu tērauda, bet atsperu tērauda riteņi uz lieliem un smagiem riteņiem, kas paredzēti lietošanai uz Marsa, deformējās. Lai atrisinātu šo problēmu, NASA izstrādā metāla sieta riepu, kas izgatavota no niķeļa-titāna sakausējuma, kurai piemīt formas atmiņas īpašības un kura spēj tikt galā ar 30 reižu lielāku deformāciju nekā atsperu tērauda ritenis.
Ar Raptor raķešu dzinēju aprīkots SpaceX Starship ir viens no pirmajiem zvaigžņu kuģiem, ko darbina šķidrais metāns un šķidrais skābeklis, un tas ir paredzēts 1,{1}} lietojumam. Metāns tika izvēlēts, lai ražotu raķešu degvielu uz Marsa atpakaļceļam. Metānu var iegūt, izmantojot oglekļa dioksīdu un ūdeņradi, izmantojot Chabatier reakciju, kurā ūdeņradis reaģē ar oglekļa dioksīdu caur katalizatoru augstā temperatūrā (optimālā temperatūra ir 300-400 grādi) un augstā spiedienā, veidojot metānu un ūdeni. Viens no šādiem katalizatoriem, ko var izmantot, ir niķelis.
Marsa atmosfērā ir 95 procenti oglekļa dioksīda, un NASA ir apstiprinājusi, ka uz Marsa atrodas ūdens, kas ir izejmateriāli, kas nepieciešami, lai radītu metānu un skābekli raķešu pastiprinātājiem un skābekli astronautiem elpot. Niķeli saturoši materiāli ir nepieciešami arī sarkanās planētas zemākās apkārtējās vides temperatūras un zemās temperatūras dēļ, kas nepieciešamas, lai radītu sašķidrinātu metānu, ūdeņradi un skābekli.
Niķeļa-vara sakausējums K-500 (N05500)ir lieliska elastība zemās temperatūrās un ir ugunsizturīga tīrā skābeklī. Tas padara to par vēlamo skābekļa padeves sūkņa izvēli, kas piegādā skābekli raķešu dzinējiem.
Ar savu augsto izturību un stingrību,Alloy 718 (N07718)ir nokrišņos rūdāms niķeļa-hroma sakausējums, ko izmanto lidmašīnu turboreaktīvos, raķešu dzinējos un spiedtvertnēs, un tas spēj izturēt zemu temperatūru līdz pat -250 grādiem. Sašķidrināt gāzi un panākt paaugstinājumu. Taču sakausējuma 718 īpašības padara to grūtāk apstrādāt un veidot nekā citi materiāli. Ieguldījumu liešanas procesi var būt problemātiski, jo sakausējums 718 ir jutīgs pret porainību, segregāciju un ārkārtīgi rupju graudu izmēru, tādēļ ir nepieciešami turpmāki apstrādes posmi.
Kāds ir risinājums? 3D drukāšana var efektīvāk izmantot niķeļa sakausējumus, piemēram, 718 sakausējumus augstas veiktspējas lietojumos ar sarežģītu dizainu.
3D druka atvieglo sakausējuma 718 apstrādi un labi saglabā materiāla īpašības. Process ļauj izvairīties no metināšanas un apstrādes, tādējādi ievērojami samazinot materiālu atkritumus. Šīs ražošanas metodes priekšrocības tika demonstrētas, 3D drukājot 718 sakausējuma raķešu dzinēja prototipu. Prototips tika pilnībā izstrādāts, izmantojot mākslīgo intelektu, un to izstrādāja Hyperganic Software Vācijā.
Atšķirībā no parastajiem raķešu dzinējiem, kas sastāv no individuāli projektētiem un samontētiem komponentiem, 3D drukātais prototips ir nepārtraukts veselums. Tajā ir sadegšanas kamera, kurā deg degviela un oksidētājs, un virsmas kanāli, kas cirkulē degvielu, lai atdzesētu sadegšanas kameru un izvairītos no pārkaršanas. Monolītās konstrukcijas metode garantē visvieglāko svaru un visefektīvāko dzesēšanu, lai nodrošinātu vislabāko konkrētās raķetes veiktspēju. Vulcan II raķešu projekts Kalifornijas Universitātē Sandjego izmanto arī 3D drukāšanu, lai izgatavotu Ignus II 718 sakausējuma raķešu dzinēju. Katram jaunam lietojumam nākotnē niķelis palīdzēs kosmosa izpētē iet tālāk.
