Читайте AstroNews в Яндекс.ДзенХорошая статья, доходчивая.
7619
49
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.
(Добавил: Virous)
к последнему комментарию
Хорошая статья, доходчивая.
Согласен.
Хорошее дело-так глядишь и правда до ядра доберутся-своего рода тоже космос.Да и другие планеты обследовать сверху донизу.
Елена, а где у планеты низ?
хороший эксперимент
(где верх не спрашиваю, так как он противоположен низу) :-D
вверх вниз необязательно
Верх-это поверхность-которая граничит с космосом.Низ -это до ядра.Также условно названо-как стороны на компасе.
Елена, ведь экватор тоже граничит с космосом. Или нет?
Елена, есть край и центр. Верх и низ - несколько иные понятия.
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.
мкс и снежинки
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
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?
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
Но ведь теплоноситель придется загонять обратно и снова сжимать и нагревать.
А это уже на Земле
В условиях атмосферы (включаю искусственную) теплоноситель остынет куда быстрее, так как в дело вступит конвенция и кондукция, а за бортом - только радиация.
Оу, где же Вы столько теплоносителя возьмете? И что его, взад вперед возить? Не выгодно.
" 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 :-)
Да уж. Было у меня сомнение в состоятельности этого проекта. :-)
в затратности доставки металла на орбиту вероятно имеют очень дорогостоящую доставку, туда обратно, больших масс необходимых для изготовления оборудования в промышленном масштабе.
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...
p777, похоже на бред. Особенно про ругань. А вот рок - это преобладание низкочастотных звуков - может как-то и повлиять.
Вироус, ты не видел этот фильм? Там ведь были показаны фотографии этих снежинок, это ж не только слова, а показаны эксперименты с водой!
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".
Как же надо отчаяться, чтобы начать разговаривать со стаканом воды =)
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
Положительная энергетика - не меньший бред. Энергия - способность. Как она может быть положительной или отрицательной?
Вода куда менее загадочна, чем любое другое соединение.
снежинки это здорово.особенно на мкс
Virous. согласен. Со стаканом водки - ещё куда ни шло, но с водой... Разве что наутро :-) Робот подтвердил бы, да опять исчез куда-то.
Комментарий заблокирован
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.
вода дефицит,тем более в космосе
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?
и кислород и водород
Вы ядру урана скажите, что вода богата внутренним составом :-D
Только с ураном что-то разговаривать никто не спешит))
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.)
нужно строить новые станции
p777, три состояния есть у почти всех веществ. А у тех, у которых этого нет состояний гораздо больше.
плазма есть
Я подчеркнула: в малом температурном разбеге. Конечно и металл льётся, но температуры какие нужны!
Комментарий заблокирован
p777, а сталь уникальна тем, что у нее температурный разбег большой. Давайте поговорим с ней?
давайте о стали.температура плавления большая
Сталь рулит! У нее еще и плотность высокая!!
очень высокая и алмазы
