новости космоса Все новости Апрель 2013 года
5404 49
21 апреля 2013 18:56:55
МКС: снежинки в невесомости

У многих существующих веществ легко обнаруживается разница между твердым и жидким состоянием. Процесс перехода из жидкого состояния в твердое называется кристаллизацией. На протяжении процесса двигавшие ранее хаотично частицы выстраиваются в строгий порядок. Довольно наглядно можно наблюдать процесс кристаллизации в снежинках: структура многих их них подчиняется строгим правилам и приблизительно симметрична. Как это происходит: полностью до сих пор не известно. Такое привычное для нашей полосы явление, как снег объяснено все еще не до конца. Для заполнения пробелов необходимы дальнейшие исследования.

В земных условиях на формирование снежинки влияет множество факторов: температура, скорость и направление ветра, атмосферное давление, влажность, гравитация и другие. Для упрощения исследований часть из них необходимо исключить. В лабораторных условиях можно подчинить себе температуру и прочие "погодные" характеристики, однако для исключения гравитации придется проводить эксперимент на орбите. Именно эта цель была поставлена перед астронавтами Международной Космической Станции.

Снежинки слишком хрупкие и неустойчивые к внешним изменениям, поэтому вместо снежинок в экспериментах использовались различные металлические сплавы. Несмотря на кажущуюся большую разницу между водой и металлом, все эти вещества относятся к так называемым дендритам и процессы, формирующие кристаллы при переходе в твердое состояние, очень похожи. Прочность, выносливость и другие характеристики любого материала безусловно зависят от его внутренней структуры, поэтому понимание процесса формирования этой структуры позволит значительно улучшить характеристики этих материалов, без которых сегодняшняя жизнь попросту невозможна.



Для проведения эксперимента на МКС были доставлены цилиндры из сплава свинца и олова. Каждый из образцов, используя специальное оборудование, представленное на рисунке слева, нагревался до температуры в 185 градусов C. В условиях микрогравитации этой температуры достаточно, чтобы кристаллическая решетка потеряла свою устойчивость и начались процессы образования металлических "снежинок". В Земных условиях из-за разницы плотностей, при этом образования олова стремятся подняться наверх, распределение металлов меняется, что сильно затрудняет наблюдение процесса. Но в невесомости таких проблем не возникает.

Еще одна проблема гравитации - это неустойчивость дендрита. Когда структура становится слишком сложной, она начинает разваливаться. В космосе нет и этой проблемы. После завершения обработки образцов требуется сложное оборудование, доставить и управлять которым на МКС весьма проблемно. Поэтому цилиндры вначале заморозили, чтобы зафиксировать структуру и избежать распада, а после погрузили на корабль DragonX и доставили обратно на Землю. Это первый в истории случай, когда материалы и результаты эксперимента перемещаются между станцией и Землей за один полет.

На Земле у специалистов NASA есть примерно 100 дней. Именно столько нужно для того, чтобы конвекция испортила весь проведенный эксперимент, чего допустить нельзя. Спустя несколько дней после посадки на образцы были нацелены микроскопы в лаборатории на Земле.



Большинство результатов оправдали себя. Ветви дендритов, полученных на МКС находятся на большом расстоянии друг от друга и, при этом, довольно прочны. Гравитация попросту не позволяла им затвердеть в таком состоянии, а в невесомости это стало возможным. Таким образом, цилиндры понизили свою плотность, став более легкими, а так же удвоили свою прочность и устойчивость к перепадам температур.

Безусловно, требуются слишком большие затраты, чтобы доставить металл на МКС, далее расплавить его и заморозить, а после вернуть обратно. Однако все же, вполне возможно, что МКС в ближайшее время станет небольшим заводом по производству сверхпрочной аппаратуры для космических исследований (например, атмосферных щитов) и оборудования для исследований дна океанов, работы глубоко под Землей и т.д.

комментарии
1
новичОк75 · 21-04-2013

Хорошая статья, доходчивая.

2
qk71 · 21-04-2013

Согласен.

3
elena106 · 21-04-2013

Хорошее дело-так глядишь и правда до ядра доберутся-своего рода тоже космос.Да и другие планеты обследовать сверху донизу.

4
Virous84 · 21-04-2013

Елена, а где у планеты низ?

5
kepler201366 · 21-04-2013

хороший эксперимент

6
Virous84 · 21-04-2013

(где верх не спрашиваю, так как он противоположен низу) :-D

7
kepler201366 · 21-04-2013

вверх вниз необязательно

8
elena106 · 21-04-2013

Верх-это поверхность-которая граничит с космосом.Низ -это до ядра.Также условно названо-как стороны на компасе.

9
MP78 · 21-04-2013

Елена, ведь экватор тоже граничит с космосом. Или нет?

10
Virous84 · 21-04-2013

Елена, есть край и центр. Верх и низ - несколько иные понятия.

11
elena106 · 21-04-2013

Ну принято наша планета-шар.Значит его поверхность -включая верхние слои атмосферы-верх.А от края этого верха где граница с космосом -по радиусу до ядра-низ.Ядро отовсюду с поверхности самый низ у планеты.

12
kepler201366 · 21-04-2013

мкс и снежинки

13
Незнайка65 · 21-04-2013

Почему ссылаются, что металл доставить на МКС и вернуть обратно "снежинки" дорого. Я понимаю, что делается это, так сказать, "по пути". Вот расплавить его и заморозить - тут я согласен.
А идея сделать из МКС минизавод - хорошая. Действительно, догружать свободный объем (илимассу) транспортника металлами и отправлять на МКС. Там их плавить и получать необходимые прочные материалы, хотя бы для нужд исследования космоса

14
Незнайка65 · 21-04-2013

Кстати о заморозке, а можно для этого использовать температуру открытого космоса?
Или все будет испаряться в космос и останется только небольшая часть, которая успела кристализоваться?

15
Virous84 · 21-04-2013

http://www.astronews.ru/cgi-bin/mng.cgi?page=library&id=7

16
Незнайка65 · 21-04-2013

А что если так.
Внутрь холодильной установки помещаем расплавленный металл. Теплоносителем в холодильнике будет сжиженный газ. К холодильнику подсоединяем пакет, из которого полностью откачены газы (грубо говоря, с вакуумом внутри) и который находится с внешней стороны обшивки МКС. Дальше открываем кран и газ из радиатора холодильника начинает перемещаться в пакет, который снаружи. Давление теплоносителя падает, его температура тоже падает, холодильник работает. Только вопрос, насколько эффективно

17
Virous84 · 21-04-2013

Но ведь теплоноситель придется загонять обратно и снова сжимать и нагревать.

18
Незнайка65 · 21-04-2013

А это уже на Земле

19
Virous84 · 21-04-2013

В условиях атмосферы (включаю искусственную) теплоноситель остынет куда быстрее, так как в дело вступит конвенция и кондукция, а за бортом - только радиация.

20
Virous84 · 21-04-2013

Оу, где же Вы столько теплоносителя возьмете? И что его, взад вперед возить? Не выгодно.

21
Leonid397 · 21-04-2013

" все будет испаряться в космос и останется только небольшая часть" (с)Незнайка
Конечно будет испаряться, но не всё: у расплавленных металлов большое поверхнстное натяжение, которое с успехом противостоит уж очень интенсивному испарению, да и теплота испарения на кг достаточно большая, успеет охладится большая часть. Хотя есть соединения (соли) металлов, которые в нормальных условиях находятся в газовой фазе :-)

22
Незнайка65 · 21-04-2013

Да уж. Было у меня сомнение в состоятельности этого проекта. :-)

23
SergDaren63 · 22-04-2013

в затратности доставки металла на орбиту вероятно имеют очень дорогостоящую доставку, туда обратно, больших масс необходимых для изготовления оборудования в промышленном масштабе.

24
p77771 · 22-04-2013

А помните фильм про плесень? Там было показано, как снежинке замерзающие при хорошей музыке , получались правильные и красивые, когда включали тяжёлый рок или ругали воду, получались некрасивые и неправильной формы снежинки. Так и не ответили : почему...

25
Virous84 · 22-04-2013

p777, похоже на бред. Особенно про ругань. А вот рок - это преобладание низкочастотных звуков - может как-то и повлиять.

26
p77771 · 22-04-2013

Вироус, ты не видел этот фильм? Там ведь были показаны фотографии этих снежинок, это ж не только слова, а показаны эксперименты с водой!

27
Virous84 · 22-04-2013

p777, неужели Вы верите от того, что вода понимает человеческую речь? Я этот бред не раз слышал :-) Память воды и все прочее. У меня это только смех вызывает. В Вики написано по этому поводу кое-что. Поищите статью "Структурированная вода".

28
Virous84 · 22-04-2013

Как же надо отчаяться, чтобы начать разговаривать со стаканом воды =)

29
p77771 · 22-04-2013

Вироус, да не слова вода понимает, тут что- то другое, вибрации звуков и может какая- то положительная энергетика. Вода ведь до сих пор остаётся самой загадочной структурой. Я обязательно поищу эту статью, но я уже много читала и про струк-ую воду, потерявшую память, омагниченную и т.д

30
Virous84 · 22-04-2013

Положительная энергетика - не меньший бред. Энергия - способность. Как она может быть положительной или отрицательной?

Вода куда менее загадочна, чем любое другое соединение.

31
kepler201366 · 22-04-2013

снежинки это здорово.особенно на мкс

32
Иван76 · 22-04-2013

Virous. согласен. Со стаканом водки - ещё куда ни шло, но с водой... Разве что наутро :-) Робот подтвердил бы, да опять исчез куда-то.

33
kepler201366 · 22-04-2013

Комментарий заблокирован

34
p77771 · 23-04-2013

Вироус, под словом энергетика я подразумеваю биоэнергетику, в которую ,я поняла, ты не веришь. Я в ауру человека веришь? Как по твоему, это что за энергия?
Ну не просто же тепловая?
А вода- это чудо, ну это по- моему. Мало какое соединение может "похвастаться"
таким разнообразием.

35
kepler201366 · 23-04-2013

вода дефицит,тем более в космосе

36
Virous84 · 23-04-2013

Вода как раз не дефицит. Ее везде дофига. Нет, я не верю ни во что, что противоречит здравому смыслу, включая астрологию, ауру и биотоки. А под разнообразием что подразумевается? Кислород и водород?

37
kepler201366 · 23-04-2013

и кислород и водород

38
Virous84 · 23-04-2013

Вы ядру урана скажите, что вода богата внутренним составом :-D

39
Virous84 · 23-04-2013

Только с ураном что-то разговаривать никто не спешит))

40
p77771 · 23-04-2013

Ну хотя бы, что вода имеет 3 состояния, причём в небольшом температурном диапозоне. Расширяясь при замерзании(!), может разорвать чугунный котёл. Добавляем один атом кислорода, и вот мощнейший окислитель. (Н2О2 перекись водорода.)

41
kepler201366 · 23-04-2013

нужно строить новые станции

42
Virous84 · 23-04-2013

p777, три состояния есть у почти всех веществ. А у тех, у которых этого нет состояний гораздо больше.

43
kepler201366 · 23-04-2013

плазма есть

44
p77771 · 23-04-2013

Я подчеркнула: в малом температурном разбеге. Конечно и металл льётся, но температуры какие нужны!

45
kepler201366 · 23-04-2013

Комментарий заблокирован

46
Virous84 · 23-04-2013

p777, а сталь уникальна тем, что у нее температурный разбег большой. Давайте поговорим с ней?

47
kepler201366 · 23-04-2013

давайте о стали.температура плавления большая

48
Virous84 · 23-04-2013

Сталь рулит! У нее еще и плотность высокая!!

49
kepler201366 · 23-04-2013

очень высокая и алмазы

написать комментарий наверх
Для добавления комментария необходимо зарегистрироваться, а затем войти на сайт используя свой логин и пароль.

Если Вы уже зарегистрировались, но забыли пароль - воспользуйтесь нашим разделом восстановления пароля.

© 2002-2018. Все права защищены. AstroNews.ru | Перепечатка любых материалов сайта без разрешения редакции запрещена!