Článek
Málokterý složitější vynález člověk u jeho používání vystavuje tak extrémním podmínkám jako raketový motor. Jako příklad může posloužit RS-25, který poháněl raketoplány NASA a při blížící se misi Artemis by měl startovat i loď na Měsíc.
Toto „Ferrari mezi raketovými motory“ čelí v provozu tlaku jako ponorka v hloubce pěti kilometrů pod hladinou moře. Také utáhne přes 230 tun. Při startu ale spálí skoro 1400 litrů paliva a okysličovadla za sekundu, které dosahuje teploty až 3300 stupňů Celsia.
Samotná slitina motoru musí ustát aspoň 1100 stupňů. A proto dnes také stavba jednoho tohoto kousku vychází na bezmála 100 milionů dolarů, tedy asi 2,3 miliardy korun. To se ale už brzy může změnit.
Extrémní zátěž vydrží tisíce hodin a výroba je nenáročná
NASA totiž vynalezla novou slitinu. Označila ji GRX-810. G a R jako Glenn Research Center v Ohiu, kde vznikla a na 3D tiskárně ji vyrábí, a X jako extrémní podmínky, do kterých ji navrhli. I při skoro 1100 stupních Celsia je totiž dvakrát tak odolnější proti frakturaci a je 3,5krát tvárnější v tahu i ohýbání. A k tomu má rovněž při vší této zátěži tisíckrát větší životnost. První znovupoužitelné motory RS-25 přitom v éře raketoplánů byly v provozu asi 280 hodin – v součtu jak ostrých letů, tak zkušebních zážehů.
Větší odolnost, tvárnost a životnost ale nejsou jediné výhody slitiny. Výroba na 3D tiskárně je rychlejší, nespotřebuje se při ní tolik surovin, a tudíž může snížit celkové náklady produkce motorů. Třeba raketa SLS, která by mimo jiné měla letět k Měsíci, používá čtyři jednotky RS-25. Takže jenom ty spolknou 9,2 miliardy korun.
A cena se může u raket a případně i letounů snížit také kvůli nižší spotřebě paliva. S pomocí nové slitiny lze totiž jejich komponenty vyrábět lehčí.
„Přesná čísla se budou lišit podle typu motoru a velikosti. Jelikož ale slitina disponuje oproti dosud používaným typům výrazně lepšími vlastnostmi za vysokých teplot, je tu hned několik možností, kterými k jejich efektivitě může přispět. A možnost 3D tisku k tomu zvyšuje rovněž schopnost optimalizovat design i dalších klíčových součástek, které předtím bylo nemožné strojově vyrobit,“ vysvětluje pro SZ Tech Timothy Smith z oddělení pro výzkum materiálů NASA Glenn Research Center.
Co za průlomovým výkonem stojí?
Zpevnění a vyšší odolnost slitiny zaručuje takzvaná disperze oxidických částic neboli rozptýlení tepelně stabilnějších částic s atomy kyslíku v kovové struktuře oceli. Což není zrovna úplně nový postup. Tentokrát ale inženýři z NASA použili k vývoji slitiny pokročilé počítačové modelování. A pomocí pouhých 30 simulací termodynamického chování objevili ideální složení.
Až doposud přitom takové objevy fungovaly i u americké vesmírné agentury známou metodou pokus-omyl a vyvíjet nové materiály jí trvalo roky. Teď by se ale vše mohlo pomocí umělé inteligence posunout do horizontu měsíců i týdnů.
„Cílem jsou extrémním teplotám vystavované části rakety a turbínové motory letadel. V současnosti jsou plány otestovat slitinu u zážehového systému raketových motorů, spalovacích komor, vstřikování a pravděpodobně i trysek,“ dodává Smith.
GRX-810 plánuje u startovacích ramp otestovat ještě letos Marshall Space Flight Center v Alabamě. A NASA už také začíná zkoumat možnosti, jak výrobu pomocí 3D tisku dostat na tak vysoký objem, aby na ní mohli spolupracovat i komerční partneři, jak pro SZ Tech dál prozrazuje vědec přímo z odpovědného výzkumného centra.
„Tento objev je pro vývoj materiálů skutečně revoluční. Nové typy silnějších a přitom i lehčích materiálů budou hrát klíčovou roli v tom, jak NASA cílí změnit budoucnost létání. Do této doby pokusy o navýšení odolnosti a životnosti vždy vedly ke snížení tvárnosti materiálu v tahu i ohýbání, než se začal lámat, a proto je tato nová slitina také tak pozoruhodná,“ uvedl už dříve pro média další člen vědeckého týmu stojícím za objevem Dale Hopkins.
