США навчилися виготовляти матеріали для гіперзвукових ракет у рази швидше

Американські дослідники з лабораторії прикладної фізики Університету Джонса Хопкінса (APL) розробили технологію, яка дозволяє виготовляти ключові матеріали для гіперзвукових ракет і теплових щитів у рази швидше, ніж це робилося раніше. Те, що раніше займало місяці, тепер можна отримати за лічені дні.

Йдеться про вуглець-вуглецеві композити — матеріал, у якому вуглецеве волокно занурене у тверду вуглецеву матрицю. На відміну від звичайних карбонових виробів, де волокна утримує смола, тут роль зв’язки виконує сам вуглець. Результат — надлегкий, надміцний матеріал, який витримує екстремальне нагрівання. Саме з нього виготовляють сопла ракет, носові конуси ракет, гіперзвукові теплові екрани та навіть теплозахисний щит зонда NASA Park­er Solar Probe — апарата, що летить ближче до Сонця, ніж будь-який інший об’єкт, створений людиною.

Проблема полягала у виробництві: традиційний процес насичення пористої вуглецевої заготовки додатковим вуглецем через газове осадження або просочення смолою надзвичайно повільний і трудомісткий — кожен цикл не заповнює матеріал повністю, тому операцію доводиться повторювати знову і знову.

Нова розробка команди під назвою FAST CAR2 кардинально змінює підхід. Замість поступового нарощування вуглецевої матриці всередині волокна, дослідники одразу вміщують вуглецьвмісний матеріал у заготовку, а потім піддають усю конструкцію надшвидкому стисненню та нагріванню за допомогою методу польово-активованого спікання. Електричний струм розігріває матеріал майже миттєво, а прес одночасно з’єднує все докупи. Сам процес ущільнення займає лічені хвилини.

«Саме швидкість робить FAST CAR2 таким привабливим», — зазначив Сал Німер, заступник керівника програми Sci­ence of Extreme and Mul­ti­func­tion­al Mate­ri­als в APL. За його словами, технологія відкриває шлях до швидшого й ефективнішого виробництва передових матеріалів — як для ракетних сопел, так і для гіперзвукових апаратів.

Дослідники зізнаються, що результат перевершив їхні очікування. «Коли ми починали, теорія існувала, але ми навіть не знали, чи матеріал взагалі втримає форму», — розповів один із співкерівників проєкту. Тепер команда працює з зовнішніми партнерами, щоб отримати доступ до більших пресів і масштабувати виробництво. «Масштабування — завжди найважча частина, але те, наскільки швидко все склалося, дає нам підстави для оптимізму», — додав Вільям Фагі, інженер-матеріалознавець APL.