Międzynarodowa Stacja Kosmiczna (ISS) może wkrótce stać się ważnym ośrodkiem badań nad wytrzymałością stopów metali. Dzięki dostarczonym przez prom Endeavour próbkom metali, w przestrzeni kosmicznej zostanie między innymi zbadany proces tworzenia się porów podczas zastygania stopów oraz powstawanie kryształów półprzewodnikowych.

Stworzenie materiałów lepszej jakości, oznaczać będzie postęp we wszystkich dziedzinach techniki i nie pozostanie bez wpływu na budowę promów kosmicznych nowej generacji” – mówi dr Donald Gillies z Marshall Space Flight Center w Huntsville. Aby umożliwić postęp w przemyśle high-tech, NASA postanowiła w warunkach niskiej grawitacji zbadać proces powstawania stopów.

Jednym z przykładów na to, dlaczego mikrograwitacja może stanowić ważny czynnik w takich badaniach, jest proces powstawania bąbli podczas stapiania metali. Na Ziemi większość bąbli unosi się na powierzchnię roztopionego metalu i tam znika. Te które pozostają, tworząc pory w solidnym kawałku metalu, znacznie osłabiają jego wytrzymałość.

W warunkach mikrograwitacji powstanie więcej bąbli, gdyż raz powstałe, nie uciekną ku powierzchni. Dlatego na pokładzie ISS będzie można badać ruchy bąbli, ich łączenie się z sobą i wzajemny wpływ. Naukowcy zdobędą potrzebne informacje dotyczące dynamiki takich bąbli.

Z Ziemi, przebiegającym na pokładzie ISS eksperymentem będzie kierował dr Richard Grugel, który przygotował próbki. Zmieniając temperaturę i inne parametry wpływające na przebieg procesu będzie on mógł podsycać ruch bąbli i kontrolować powstawanie porów.

Na zdjęciu widoczny jest dr Aleksandar Ostrogorski podczas badania próbek metalu. Podczas misji Załogi Piątej podobne do pokazanego eksperymenty zostaną wykonane w przestrzeni kosmicznej za pomocą urządzenia SUBSA.

Podczas misji STS-111 na pokład ISS został dostarczony sprzęt do przeprowadzenia eksperymentu Solidification Using a Baffle in Sealed Ampoules (SUBSA). W jego trakcie zostanie zbadany proces powstawania kryształów półprzewodnikowych, które są używane między innymi do produkcji chipów komputerowych.

Podczas eksperymentu stopione zostaną kryształy antymonku indu, powstałe na Ziemi. Potem zostaną one ochłodzone, tak aby się na powrót skrystalizowały, tworząc monokryształ. Aby zróżnicować elektroniczne właściwości substancji, do antymonku zostaną dodane pewne ilości telluru lub cynku. Naukowcy wybrali antymonek indu ponieważ ma niską temperaturę topnienia (512 stopni Celsjusza) i nadaje się do modelowania różnych używanych powszechnie półprzewodników.

Eksperymentem będzie kierował dr Aleksandar Ostrogorsky z Rensselaer Polytechnic Institute w Troy. Według niego mikrograwitacja pozwoli opisać matematycznie, co zachodzi podczas topnienia i krystalizacji materiału. Na Ziemi wszelki ruch zaburza wyporność. W przestrzeni kosmicznej, ciecze (tu stopiony antymonek) zachowują się nieruchomo niemalże jak ciała stałe i łatwiej je dzięki temu obserwować.

Astronauci umieszczą ampułki z substancją w urządzeniu SUBSA. Za jego pośrednictwem Ostrogorsky będzie obserwował próbki i kierował przebiegiem eksperymentu.

Podczas każdego z opisanych eksperymentów zostanie przebadanych co najmniej 10 próbek. Wyniki eksperymentu SUBSA mają zostać przewiezione na Ziemię na jesieni tego roku. Eksperyment badania bąbli rozpocznie się nieco później, a jago wyniki mają wrócić podczas misji STS-114 na początku 2003 roku.

Eksperymenty te, wymagające bardzo wysokich temperatur, są możliwe dzięki dostarczonemu na ISS Microgravity Science Glovebox (Wiosenne porządki i wymiana załogi na ISS“>pisaliśmy o tym fakcie). Jest to urządzenie, w którym nie tylko bezpiecznie przebiegają eksperymenty i przechowywane są materiały. Do MSG mają bezpośredni dostęp astronauci, co umożliwia przeprowadzanie eksperymentów wymagających ich działania.

Autor

Anna Marszałek