சமீபத்தில், விண்வெளிப் பொருட்கள் ஆராய்ச்சி நிறுவனத்தில் பணிபுரியும் எனது பழைய வகுப்புத் தோழன் ஒருவனுடன் இரவு உணவு உண்டேன். நாங்கள் அவர்களின் சமீபத்திய திட்டங்களைப் பற்றிப் பேசிக்கொண்டிருந்தபோது, அவன் மர்மமாக என்னிடம், “தற்போது நாங்கள் மிகவும் ஆர்வமாக இருக்கும் புதிய பொருள் என்னவென்று உனக்குத் தெரியுமா? நீ நம்பாமல் கூட இருக்கலாம் – அது மெல்லிய பச்சை மணல் போலத் தோற்றமளிக்கும் அந்தப் பொடிதான்” என்றான். எனது குழப்பமான முகபாவனையைப் பார்த்து, அவன் புன்னகைத்துவிட்டு மேலும், “பச்சை சிலிக்கான் கார்பைடு மைக்ரோ பவுடர்இதைப் பற்றிக் கேள்விப்பட்டிருக்கிறீர்களா? இந்த விஷயம் விண்வெளித் துறையில் ஒரு சிறிய புரட்சியை ஏற்படுத்தக்கூடும்.” உண்மையைச் சொல்லப்போனால், முதலில் எனக்குச் சந்தேகம் இருந்தது: அரைக்கும் சக்கரங்களிலும் வெட்டும் வட்டுகளிலும் பொதுவாகப் பயன்படுத்தப்படும் அந்தத் தேய்ப்புப் பொருளுக்கும், அதிநவீன விண்வெளித் தொழிலுக்கும் எப்படித் தொடர்பு இருக்க முடியும்? ஆனால் அவர் மேலும் விளக்கியபோது, நான் நினைத்ததை விட இதில் இன்னும் நிறைய இருக்கிறது என்பதை உணர்ந்தேன். இன்று, இந்தத் தலைப்பைப் பற்றிப் பேசுவோம்.
I. இந்த “நம்பிக்கைக்குரிய பொருளை” அறிந்துகொள்வது
பச்சை சிலிக்கான் கார்பைடு என்பது அடிப்படையில் ஒரு வகை சிலிக்கான் கார்பைடு (SiC) ஆகும். சாதாரண கருப்பு சிலிக்கான் கார்பைடுடன் ஒப்பிடும்போது, இது அதிக தூய்மையையும் குறைவான அசுத்தங்களையும் கொண்டுள்ளது, அதனால்தான் இது தனித்துவமான வெளிர் பச்சை நிறத்தைக் கொண்டுள்ளது. இது ஏன் "நுண்தூள்" என்று அழைக்கப்படுகிறது என்றால், அது அதன் மிகச்சிறிய துகள் அளவைக் குறிக்கிறது, இது பொதுவாக சில மைக்ரோமீட்டர்கள் முதல் பத்து மைக்ரோமீட்டர்கள் வரை இருக்கும் – இது மனித முடியின் விட்டத்தில் சுமார் பத்தில் ஒரு பங்கு முதல் பாதியளவு வரை இருக்கும். "அரிக்கும் பொருட்கள் துறையில் இதன் தற்போதைய பயன்பாடு உங்களை ஏமாற்ற விடாதீர்கள்," என்று என் வகுப்புத் தோழன் கூறினான், "உண்மையில் இது சிறந்த பண்புகளைக் கொண்டுள்ளது: அதிக கடினத்தன்மை, உயர் வெப்பநிலை எதிர்ப்பு, வேதியியல் நிலைத்தன்மை மற்றும் குறைந்த வெப்ப விரிவாக்கக் குணகம். இந்தப் பண்புகள் நடைமுறையில் விண்வெளித் துறைக்கு கச்சிதமாகப் பொருந்தக்கூடியவை."
பின்னர், நான் சில ஆராய்ச்சிகளைச் செய்து, இது உண்மையே என்பதைக் கண்டறிந்தேன். பச்சை சிலிக்கான் கார்பைடின் கடினத்தன்மை, வைரம் மற்றும் கன போரான் நைட்ரைடுக்கு அடுத்தபடியாக உள்ளது; காற்றில், அது ஆக்சிஜனேற்றம் அடையாமல் சுமார் 1600°C வரையிலான உயர் வெப்பநிலையைத் தாங்கக்கூடியது; மேலும் அதன் வெப்ப விரிவாக்கக் குணகம், பொதுவான உலோகங்களின் குணகத்தில் நான்கில் ஒரு பங்கு முதல் மூன்றில் ஒரு பங்கு வரை மட்டுமே உள்ளது. இந்த எண்கள் சற்றே சலிப்பூட்டுவதாகத் தோன்றலாம், ஆனால் பொருட்களின் செயல்திறன் தேவைகள் மிகவும் கடுமையானதாக இருக்கும் விண்வெளித் துறையில், ஒவ்வொரு அளவுருவும் மகத்தான மதிப்பைக் கொண்டுவர முடியும்.
II. எடை குறைப்பு: விண்கலங்களின் முடிவற்ற தேடல்
"விமான விண்வெளித் துறையைப் பொறுத்தவரை, எடையைக் குறைப்பதே எப்போதும் முக்கியமானது," என்று ஒருவர் கூறினார்.விண்வெளிஒரு பொறியாளர் என்னிடம் கூறினார், “குறைக்கப்படும் ஒவ்வொரு கிலோகிராம் எடையும் கணிசமான அளவு எரிபொருளைச் சேமிக்கவோ அல்லது சுமக்கும் திறனை அதிகரிக்கவோ உதவும்.” எடை குறைப்பைப் பொறுத்தவரை, பாரம்பரிய உலோகப் பொருட்கள் ஏற்கனவே அவற்றின் வரம்புகளை எட்டிவிட்டன, எனவே அனைவரின் கவனமும் இயல்பாகவே செராமிக் பொருட்களின் பக்கம் திரும்பியுள்ளது. பசுமை சிலிக்கான் கார்பைடு வலுவூட்டப்பட்ட செராமிக் மேட்ரிக்ஸ் கலவைகள் மிகவும் நம்பிக்கைக்குரிய தேர்வுகளில் ஒன்றாகும். இந்தப் பொருட்கள் பொதுவாக ஒரு கன சென்டிமீட்டருக்கு 3.0-3.2 கிராம் என்ற அடர்த்தியை மட்டுமே கொண்டுள்ளன, இது எஃகை விட (ஒரு கன சென்டிமீட்டருக்கு 7.8 கிராம்) கணிசமாக இலகுவானது, மேலும் டைட்டானியம் கலப்புலோகங்களை விட (ஒரு கன சென்டிமீட்டருக்கு 4.5 கிராம்) ஒரு தெளிவான நன்மையையும் வழங்குகிறது. மிக முக்கியமாக, இது எடையைக் குறைக்கும் அதே வேளையில் போதுமான வலிமையையும் தக்க வைத்துக் கொள்கிறது.
"இயந்திர உறைகளுக்காக பசுமை சிலிக்கான் கார்பைடு கலவைகளைப் பயன்படுத்துவது குறித்து நாங்கள் ஆய்வு செய்து வருகிறோம்," என்று ஒரு விண்வெளி இயந்திர வடிவமைப்பாளர் தெரிவித்தார். "பாரம்பரியப் பொருட்களைப் பயன்படுத்தினால், இந்தக் கூறு 200 கிலோகிராம் எடை கொண்டிருக்கும், ஆனால் இந்தப் புதிய கலவைப் பொருளைக் கொண்டு, அதன் எடையைச் சுமார் 130 கிலோகிராமாகக் குறைக்க முடியும். முழு இயந்திரத்தைப் பொறுத்தவரை, இந்த 70 கிலோகிராம் குறைப்பு குறிப்பிடத்தக்கதாகும்." இதைவிடச் சிறப்பான விஷயம் என்னவென்றால், இந்த எடை குறைப்பு விளைவு தொடர்ச்சியாகப் பரவுகிறது. எடை குறைந்த கட்டமைப்பு கூறுகள், ஒரு டோமினோ விளைவைப் போல, துணை கட்டமைப்புகளிலும் அதற்கேற்ற எடை குறைப்புகளை அனுமதிக்கின்றன. விண்வெளிக் கலங்களில், கட்டமைப்பு கூறுகளின் எடையில் ஏற்படும் 1 கிலோகிராம் குறைப்பு, இறுதியில் அமைப்பு அளவிலான எடையில் 5-10 கிலோகிராம் குறைப்புக்கு வழிவகுக்கும் என்று ஆய்வுகள் காட்டுகின்றன.
III. உயர் வெப்பநிலை எதிர்ப்புத்திறன்: இயந்திரங்களில் உள்ள “நிலைப்படுத்தி”
விமான இயந்திரங்களின் இயக்க வெப்பநிலை தொடர்ந்து அதிகரித்து வருகிறது; மேம்பட்ட டர்போஃபேன் இயந்திரங்களில் இப்போது டர்பைன் உள்ளீட்டு வெப்பநிலை 1700°C-ஐத் தாண்டுகிறது. இந்த வெப்பநிலையில், பல உயர்-வெப்பநிலை உலோகக் கலவைகள் கூட செயலிழக்கத் தொடங்குகின்றன. "இயந்திரத்தின் வெப்பப் பகுதி கூறுகள் தற்போது பொருட்களின் செயல்திறனின் வரம்புகளைத் தாண்டிச் செல்கின்றன," என்று ஆராய்ச்சி நிறுவனத்தைச் சேர்ந்த எனது வகுப்புத் தோழர் கூறினார். "இன்னும் அதிக வெப்பநிலையிலும் நிலையாகச் செயல்படக்கூடிய பொருட்கள் நமக்கு அவசரமாகத் தேவைப்படுகின்றன." பசுமை சிலிக்கான் கார்பைடு கலவைகள் இந்தப் பகுதியில் ஒரு முக்கியப் பங்கை வகிக்க முடியும். தூய சிலிக்கான் கார்பைடு ஒரு மந்தமான சூழலில் 2500°C-க்கு மேற்பட்ட வெப்பநிலையைத் தாங்கக்கூடியது, இருப்பினும் காற்றில், ஆக்சிஜனேற்றம் அதன் பயன்பாட்டை சுமார் 1600°C வரை கட்டுப்படுத்துகிறது. ஆனாலும், இது பெரும்பாலான உயர்-வெப்பநிலை உலோகக் கலவைகளை விட 300-400°C அதிகமாகும்.
மிக முக்கியமாக, இது அதிக வெப்பநிலையிலும் உயர் வலிமையைத் தக்க வைத்துக் கொள்கிறது. "உலோகப் பொருட்கள் அதிக வெப்பநிலையில் 'மென்மையாகி', குறிப்பிடத்தக்க நெகிழ்வைக் காட்டுகின்றன," என்று ஒரு பொருள் சோதனைப் பொறியாளர் விளக்கினார். "ஆனால் சிலிக்கான் கார்பைடு கலவைகள், 1200°C வெப்பநிலையில் அவற்றின் அறை வெப்பநிலை வலிமையில் 70%-க்கும் அதிகமான வலிமையைத் தக்க வைத்துக் கொள்ள முடியும், இது உலோகப் பொருட்கள் அடைவதற்கு மிகவும் கடினமான ஒன்றாகும்." தற்போது, சில ஆராய்ச்சி நிறுவனங்கள் இதைப் பயன்படுத்த முயற்சித்து வருகின்றன.பச்சை சிலிக்கான் கார்பைடுமுனை வழிகாட்டித் தகடுகள் மற்றும் எரிதல் அறை உறைகள் போன்ற சுழலாத பாகங்களைத் தயாரிக்க கலவைப் பொருட்கள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. இந்தப் பயன்பாடுகள் வெற்றிகரமாகச் செயல்படுத்தப்பட்டால், இயந்திரங்களின் உந்துவிசையும் செயல்திறனும் மேலும் மேம்படும் என எதிர்பார்க்கப்படுகிறது. IV. வெப்ப மேலாண்மை: வெப்பத்தைக் கட்டுப்படுத்துதல்
விண்வெளி வாகனங்கள் விண்வெளியில் கடுமையான வெப்பச் சூழல்களை எதிர்கொள்கின்றன: சூரிய ஒளி படும் பக்கத்தின் வெப்பநிலை 100°C-ஐத் தாண்டக்கூடும், அதே சமயம் நிழல் படும் பக்கத்தின் வெப்பநிலை -100°C-க்கும் கீழே குறையக்கூடும். இந்த மிகப்பெரிய வெப்பநிலை வேறுபாடு, பொருட்கள் மற்றும் உபகரணங்களுக்கு ஒரு கடுமையான சவாலாக அமைகிறது. பச்சை சிலிக்கான் கார்பைடு மிகவும் விரும்பத்தக்க ஒரு பண்பைக் கொண்டுள்ளது—அது மிகச்சிறந்த வெப்பக் கடத்துத்திறன். இதன் வெப்பக் கடத்துத்திறன், பொதுவான உலோகங்களை விட 1.5-3 மடங்கு அதிகமாகவும், சாதாரண பீங்கான் பொருட்களை விட 10 மடங்கு அதிகமாகவும் உள்ளது. இதன் பொருள், இது வெப்பமான பகுதிகளில் இருந்து குளிர்ச்சியான பகுதிகளுக்கு வெப்பத்தை விரைவாக மாற்றி, குறிப்பிட்ட இடங்களில் ஏற்படும் அதிகப்படியான வெப்பத்தைக் குறைக்கும் என்பதாகும். "செயற்கைக்கோள்களின் வெப்பக் கட்டுப்பாட்டு அமைப்புகளில் பச்சை சிலிக்கான் கார்பைடு கலவைகளைப் பயன்படுத்துவதை நாங்கள் பரிசீலித்து வருகிறோம்," என்று ஒரு விண்வெளி வடிவமைப்பாளர் கூறினார், "உதாரணமாக, வெப்பக் குழாய்களின் உறையாகவோ அல்லது வெப்பக் கடத்தும் அடி மூலக்கூறுகளாகவோ, முழு அமைப்பின் வெப்பநிலையை மேலும் சீராக்குவதற்காகப் பயன்படுத்தலாம்."
மேலும், இதன் வெப்ப விரிவாக்கக் குணகம் மிகவும் சிறியது, அதாவது சுமார் 4×10⁻⁶/℃ மட்டுமே. இது அலுமினியக் கலவையின் குணகத்தில் ஐந்தில் ஒரு பங்காகும். வெப்பநிலை மாற்றங்களால் இதன் அளவு ஏறக்குறைய மாறாமல் உள்ளது. இந்த அம்சம், விண்வெளி ஒளியியல் அமைப்புகள் மற்றும் துல்லியமான சீரமைப்பு தேவைப்படும் ஆண்டெனா அமைப்புகளில் குறிப்பாக மதிப்புமிக்கதாகும். "சூரியனை எதிர்கொள்ளும் பக்கத்திற்கும் நிழலை எதிர்கொள்ளும் பக்கத்திற்கும் இடையே நூற்றுக்கணக்கான டிகிரி செல்சியஸ் வெப்பநிலை வேறுபாடுடன், சுற்றுப்பாதையில் இயங்கும் ஒரு பெரிய ஆண்டெனாவைக் கற்பனை செய்து பாருங்கள்," என்று வடிவமைப்பாளர் ஓர் உதாரணம் கூறினார். "பாரம்பரியப் பொருட்களைப் பயன்படுத்தினால், வெப்ப விரிவாக்கம் மற்றும் சுருக்கம் ஆகியவை கட்டமைப்புச் சிதைவை ஏற்படுத்தி, திசை காட்டும் துல்லியத்தைப் பாதிக்கக்கூடும். குறைந்த விரிவாக்கம் கொண்ட பசுமை சிலிக்கான் கார்பைடு கலவைப் பொருட்களைப் பயன்படுத்தினால், இந்தப் பிரச்சனையை பெருமளவில் குறைக்க முடியும்."
V. மறைந்திருந்து தாக்குதல் மற்றும் பாதுகாப்பு: வெறும் “தாங்குவதை” விட மேலானது
நவீன விண்வெளி வாகனங்கள், மறைவுத்திறன் செயல்திறனில் அதிக தேவைகளைக் கொண்டுள்ளன. ரேடார் மறைவுத்திறன் முக்கியமாக வடிவமைப்பு மற்றும் ரேடாரை உறிஞ்சும் பொருட்கள் மூலம் அடையப்படுகிறது, மேலும் இந்தத் துறையில் பச்சை சிலிக்கான் கார்பைடும் கட்டுப்படுத்தக்கூடிய ஆற்றலைக் கொண்டுள்ளது. "தூய சிலிக்கான் கார்பைடு ஒரு குறைக்கடத்தி, மேலும் அதன் மின் பண்புகளை கலப்பு செய்வதன் மூலம் சரிசெய்ய முடியும்," என்று ஒரு செயல்பாட்டுப் பொருட்கள் நிபுணர் அறிமுகப்படுத்தினார். "ஒரு குறிப்பிட்ட அதிர்வெண் வரம்பிற்குள் ரேடார் அலைகளை உறிஞ்சுவதற்கு, குறிப்பிட்ட மின்தடையுடன் கூடிய சிலிக்கான் கார்பைடு கலவைப் பொருட்களை நம்மால் வடிவமைக்க முடியும்." இந்த அம்சம் இன்னும் ஆராய்ச்சி நிலையில் இருந்தாலும், சில ஆய்வகங்கள் ஏற்கனவே X-பேண்டில் (8-12 GHz) நல்ல ரேடார் உறிஞ்சும் செயல்திறன் கொண்ட சிலிக்கான் கார்பைடு அடிப்படையிலான கலவைப் பொருள் மாதிரிகளை உருவாக்கியுள்ளன.
இடப் பாதுகாப்பைப் பொறுத்தவரை, கடினத்தன்மையின் நன்மைபச்சை சிலிக்கான் கார்பைடுஇதுவும் தெளிவாகத் தெரிகிறது. விண்வெளியில் அதிக எண்ணிக்கையிலான நுண் விண்கற்களும் விண்வெளிச் சிதைவுகளும் உள்ளன. ஒவ்வொன்றின் நிறையும் மிகச் சிறியதாக இருந்தாலும், அவற்றின் வேகம் மிக அதிகமாக (வினாடிக்கு பல பத்து கிலோமீட்டர் வரை) இருப்பதால், மிக அதிக மோதல் ஆற்றல் ஏற்படுகிறது. "ஒரே தடிமன் கொண்ட அலுமினியக் கலவைகளுடன் ஒப்பிடும்போது, பச்சை சிலிக்கான் கார்பைடு கலவைப் பொருட்கள் அதிவேகத் துகள் மோதலை 3-5 மடங்கு அதிகமாகத் தாங்கும் திறன் கொண்டவை என்பதை எங்கள் சோதனைகள் காட்டுகின்றன," என்று ஒரு விண்வெளிப் பாதுகாப்பு ஆராய்ச்சியாளர் கூறினார். "எதிர்காலத்தில் விண்வெளி நிலையங்கள் அல்லது ஆழ்விண்வெளி ஆய்வுக் கலங்களின் பாதுகாப்பு அடுக்குகளில் பயன்படுத்தப்பட்டால், இது பாதுகாப்பை கணிசமாக மேம்படுத்தக்கூடும்."
விண்வெளி மேம்பாட்டின் வரலாறு என்பது, ஒரு விதத்தில், பொருள் முன்னேற்றத்தின் வரலாறு ஆகும். மரம் மற்றும் கேன்வாஸிலிருந்து அலுமினியக் கலவைகள், பின்னர் டைட்டேனியம் கலவைகள் மற்றும் கலப்புப் பொருட்கள் வரை, ஒவ்வொரு பொருள் கண்டுபிடிப்பும் விமானத்தின் செயல்திறனில் ஒரு பெரும் பாய்ச்சலை ஏற்படுத்தியுள்ளது. ஒருவேளை, பச்சை சிலிக்கான் கார்பைடு தூளும் அதன் கலப்புப் பொருட்களும் அடுத்த பெரும் பாய்ச்சலுக்கான முக்கிய உந்து சக்திகளில் ஒன்றாக இருக்கலாம். ஆய்வகங்களில் விடாமுயற்சியுடன் ஆராய்ச்சி செய்து, தொழிற்சாலைகளில் சிறந்து விளங்கப் பாடுபடும் அந்தப் பொருள் விஞ்ஞானிகள், வானத்தின் எதிர்காலத்தை அமைதியாக மாற்றிக்கொண்டிருக்கலாம். மேலும், சாதாரணமாகத் தோன்றும் இந்தப் பொருளான பச்சை சிலிக்கான் கார்பைடு, அவர்களின் கைகளில் உள்ள "மாயத் தூளாக" இருந்து, மனிதகுலம் உயரமாகவும், தொலைவாகவும், பாதுகாப்பாகவும் பறக்க உதவக்கூடும்.