Космічне матеріалознавство - Енциклопедія Сучасної України
Beta-версія
Космічне матеріалознавство

КОСМІ́ЧНЕ МАТЕРІАЛОЗНА́ВСТВО – напрям космічних досліджень, що вивчає вплив космічних умов (невагомість, радіаційний вплив, вакуум тощо) на фізико-хімічні властивості матеріалів і процеси одержання матеріалів із рідкої, газоподібної фази та сумішей і розроблення відповідних методів. Інколи це поняття (в рад. і рос. джерелах) також вживають для визначення процесів отримання матеріалів для виробів ракетно-косміч. техніки. У сучас. косміч. програмах структура до­­слідж. в галузі К. м. визначається двома осн. напрямами.

До першого відносять фундам. закономірності фіз.-хім. процесів в умовах невагомості (мікрогравітації), зокрема транспортні яви­ща в рідинах і сумішах, кристалізація розплавів і розчинів, по­верхневі явища. До другого на­лежить розроблення методів і технологій одержання кристалів з особливими властивостями, упр. гідродинам. потоками (електромагнітне перемішуван­ня, вібрац. вплив), упр. структу­рою металів та сплавів, створен­ня надчистих білкових кристалів тощо. Історично ці два напря­ми певний період об’єд­ну­ва­ли­ся в напрям «наук про мікрогравітацію». Нині у класифіка­ції COSPAR (Committee on Space Research) перший напрям відносять до фундам. проблем фізики космосу, другий – до влас­не К. м. На поч. косміч. ери вважалося, що дослідж. з К. м. визначатимуть основу індустріалі­зації космосу. Такі сподівання випливають з унікал. умов, які досягаються під час косміч. польоту, а саме: відсутність (мале значення) гравітац. конвекції в рідинах, незмішуваність компо­нентів з різною густиною, пе­­ре­важаюча роль поверхн. сил порівняно з масовими, можливість утримання розплаву без контак­ту зі стінками контейнеру тощо. На цій основі передбачалося створити матеріали з новими структур. станами, монокриста­ли з унікал. властивостями, нові класи композиц. матеріалів тощо.

Однак великий експерим. мате­ріал, здобутий зокрема на піло­тов. косміч. станціях («Салют», «Мир», «Spacelab»), довів необ­хідність вивчення склад. фіз.-хім. процесів в умовах мікрогравітації, а також нового рівня моделювання цих процесів. Предметом дослідж. у К. м. виступають процеси твердіння різних матеріалів (метали, сплави, ке­­раміка, полімери тощо), вирощування монокристалів різних речовин, розроблення гетерофаз. структур з парової фази, процеси транспорту у рідинах і сумішах, зокрема при низьких т-рах, одержання гетероструктур з парової фази. Суміж. проблемами є дослідж. течій у склад. рідинах і сумішах, поверхн. яви­ща, зокрема конвекція Маранґоні, течії у рідких перемичках. Зазвичай програми з К. м. вклю­чають використання різних засобів для створення умов нева­гомості (мікрогравітації). Окрім власне орбітал. комплексів, які дозволяють проводити системат. дослідж., використовують спеціально обладнані літаки, що здійснюють короткочас. політ параболіч. траєкторією (стан невагомості реалізується протягом бл. 20 сек.), а також башти скидання (5 сек.). Досить часто застосовують також наземні пристрої, в яких сила тяжіння компенсується, зокрема електромагніт. (або ін.) силами,– т. зв. левітатори.

Серед найвідо­міших дослідниц. центрів у галузі К. м. – ім. Дж.-Г. Ґлена Нац. упр. з аеронавтики і дослідж. кос­міч. простору (м. Клівленд, США), Нім. косміч. агентства. Осн. результати дослідж. з К. м.: визна­чення фундам. параметрів процесів переносу в рідинах (зокрема коефіцієнтів дифузії) для низки речовин; виявлення вирішал. ролі та дослідж. особливостей конвекції Маранґоні (тер­мокапіляр. та термоконцентрац. конвекції, викликаної градієнтом поверхн. натягу на вільній границі рідина–пара) у процесах, що визначають тепломасоперенос у розплавах в косміч. умовах; перевірка теорії вільного дендрит. росту кристалів у розплаві за допомогою прямого спостереження прозорих модел. речовин; встановлення механіз­мів впливу гравітац. конвекції на формування литої структури ме­талів та сплавів. В Україні актуал. проблемами з К. м. займаються в Ін-ті проблем матеріалознавства НАНУ, Ін-ті електрозварювання НАНУ, Ін-ті металофізики НАНУ, Ін-ті космічних до­­сліджень НАНУ та ДКАУ (усі – Київ), КБ «Південне» (Дніпропетровськ). Укр. вчені вперше в світі виконали експеримент зі зварювання в космосі, а також дослідж. процесів різання та паяння. Результати дослідж. публікують у журналах «Microgravity Science and Technology», «Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования», «Физика и химия обработки ма­териалов» (обидва – РАН).

Пр.: Гришин С. Д., Лєсков Л. В. Ин­­ду­стриализация космоса: Проблемы и пер­спективы. Москва, 1987; Нау­ман Р. Й., Фойербахер Б. и др. Космическое ма­­териаловедение: Введение в научные основы космической технологии / Пер. с англ. Москва, 1989; Космос: техноло­гии, материаловедение, конструкции: Сб. науч. тр. К., 2000; Дослідження та використання космосу. Сьогодні й зав­тра. К., 2012.

О. П. Федоров

Стаття оновлена: 2014