Химияимеет прямое отношение ко многим достижениям человека в освоении космоса.
Безусилий многочисленных ученых-химиков, технологов, инженеров-химиков не были бысозданы удивительные конструкционные материалы, которые позволяют космическимкораблям преодолеть земное притяжение, сверхмощное горючее, помогающеедвигателям развить необходимую мощность, точнейшие приборы, инструменты иустройства, которые обеспечивают работу космических орбитальных станций.
Крылатый металл
Монументв честь покорителей космоса был воздвигнут в Москва в 1964 году. Семь долгихлет ушло на проектирование и сооружение этого обелиска.
Уавторов проекта много времен и сил ушло на выбор облицовочного материаламонумента. В конце концов был выбран полированный титан — точнее тонкие листыэтого металла.
Прошло37 лет, а металлическая облицовка монумента осталась по-прежнему гладкой иблестящей — как будто ее изготовили каких-нибудь полгода назад…
Действительно,по многим характеристикам, и прежде всего по коррозионной стойкости, титанпревосходит подавляющее большинство металлов и сплавов, так что иноргда егодаже называют «вечным» металлом.
Титансегодня — это важнейший конструкционный материал. Это связано с редкимсочетанием легкости, прочности и тугоплавкости данного металла. На основетитана создано множество высокопрочных сплавов для авиации, судостроения иракетной техники.
Широкоизвестен авиционный сплав, состоящий из 90% титана, 6% алюминия и 4% ванадия.Другой авиационный сплав содержит уже 85% титана, 10% ванадия, 3% алюминия и 2%железа. В титановые сплавы иногда вводят даже платину и палладий ( 0,1–0,2%).Эти добавки повышают и без того высокую стойкость титана.
Титаниспользуют для изготовления баллонов, в которых длительное время под давлениеммогут находиться различные газы. Например, в американских ракетах типа«Атлас» сферические резервуары для хранения сжатых газов сделаны изтитана. Из титановых сплавов изготавливают и баки для окислителя ракетного топлива- жидкого кислорода.
Удивительноесвойство титановых сплавов с никелем — способность «запоминать» своюформу. Проволока из такого материала может быть использована для изготовлениярадиоантенны или каркаса солнечной батареи космического корабля. На холоду этоизделие можно сжать в небольшой шар. А при нагревании материал«вспоминает» свою первоначальную форму и разворачивается в тоизделие, которое было изготовленно вначале.
Горючие металлы
Чтобыпреодолеть силы земного тяготения и вырваться в космические просторы,необходимо затратить много энергии. Ракета, которая вывела на орбитукорабль-спутник с первым в мире космонавтом Юрием Гагариным, имела шестьдвигателей общей мощностью 20 миллионов лошадиных сил!
Естественно,что выбор ракетного топлива представляет собой проблему исключительнойважности. Пока наиболее эффективным горючим считается керосин, окисляемыйжидким кислородом. Теплотворность этого топлива составляет 9600 кДж/кг.
Хорошиеперспективы может иметь применение металлического горючего. Теорию и методикуиспользования металлов в качестве топлива для ракетных двигателей разработалисоветские ученые Юрий Васильевич Кондратюк (настоящие имя и фамилия — АлександрИгнатьевич Шаргей) (1897-1942) и Фридрих Артурович Цандер (1887-1933) — ученые-изобретатели, пионеры отечественной ракетной техники.
Однимиз наиболее подходящих для этой цели металлов является литий. При сгорании 1килограмма этого металла выделяется почти 43000 кДж! Большей теплотворностьюможет похвастать лишь бериллий. В США опубликованы патенты на твердое ракетноетопливо, содержащее 51- 68% металлического лития.
Любопытно,что в процессе работы ракетных двигателей литий выступает против… лития.Являясь компонентом горючего, он позволяет развивать колоссальные температуры,а обладающие высокой термостойкостью и жароупорностью литиевые керамическиематериалы, используемые как покрытия сопел и камер сгорания, предохраняют их отразрушительного действия горючего.
Присгорании алюминия в кислороде или фторе тоже отмечается высокое тепловыделение.Поэтому его используют как присадку к ракетному топливу. Ракета«Сатурн» сжигает за время полета 36 т алюминиевого порошка!
Космический цех полупроводников
Важнейшаяобласть применения редкого металла индия — производство полупроводников. Индийвысокой чистоты необходим для изготовления германиевых выпрямителей иусилителей: он выступает при этом в роли примеси, обеспечивающей дырочнуюпроводимость в германии. Кстати, сам индий, используемый для этой цели,практически не содержит примесей: выражаясь языком химиков, его чистота — «шесть девяток», т. е. 99,9999%!
Соединенияиндия с серой, селеном, сурьмой, фосфором и сами являются полупроводниками. Ихприменяют для изготовления термоэлементов и других приборов. Соединение индия ссурьмой, которое технологи называют «антимонид индия», служит основойинфракрасных детекторов, способных «видеть» в темноте нагретыепредметы.
Индийоказался одним из немногих химических элементов, «командированных» вкосмос, чтобы вписать новые страницы в технологию неорганических материалов.
В1975 году, незадолго до начала совместного советско-американского космическогополета по программе «Союз»- «Аполлон», командиры экипажейАлексей Архипович Леонов и Томас Стаффорд в беседе с корреспондентом ТАССвысказали свое мнение о значении предстоящих экспериментов на орбите.
Вчастности, они затронули вопрос о технологических опытах по плавке металлов ивыращиванию кристаллов различных веществ. «Предстоит выяснить возможностьиспользования невесомости и вакуума для получения новых материалов — металлических и полупроводниковых, — сказал А. Леонов. По мнению советских иамериканских ученых, в космосе можно сплавлять компоненты, не смешиваемые наЗемле, создавать жаропрочные материалы…»
«Нашиастронавты, — добавил Т. Стаффорд, — на борту орбитальной станции»Скайлэб” проводили опыты по выращиванию кристаллов антимонида индия.Удалось получить кристалл самый чистый и самый прочный из всех, когда-либоискусственно полученных на Земле”.
Ав 1978-1980 годах на борту советской орбитальной научной станции«Салют-6» были проведены новые технологические эксперименты, вкоторых «участвовали» индий и его соединения.
Можнопривести множество других примеров того, как используются в космической отраслидостижения науки ХИМИИ…
Список литературы
Дляподготовки данной работы были использованы материалы с сайта www.alhimik.ru/