36 týždňov sa scvrklo na pár dní. USA zrýchlili výrobu kľúčového materiálu pre hypersonické zbrane
Inžinieri z Johns Hopkins Applied Physics Laboratory vyvinuli nový spôsob výroby uhlík-uhlíkových kompozitov, ktoré sa používajú v raketových dýzach, tepelných štítoch aj hypersonických strojoch. Proces FAST CAR² dokáže namiesto opakovaného spracovania trvajúceho celé mesiace vytvoriť hustý materiál v priebehu niekoľkých dní. Samotné finálne zhutnenie trvá iba minúty.
Dostaň Fontech do svojich Google odporúčaní
Pridať ako preferovaný zdroj Fontech, odkaz sa otvorí v novom oknePri hypersonickom lete nestačí vyriešiť iba motor. Objekt letiaci rýchlosťou nad Mach 5 sa v atmosfére prudko zahrieva a jeho predné hrany, nos či okolie pohonu musia prežiť podmienky, pri ktorých bežné kovy a kompozity strácajú svoje vlastnosti.
Jedným z materiálov určených práve na takéto prostredie je carbon-carbon, teda uhlík-uhlíkový kompozit. Tvorí ho kostra z uhlíkových vlákien obklopená ďalším uhlíkom a výsledkom je ľahký materiál, ktorý zostáva mechanicky stabilný aj pri teplotách presahujúcich približne 5 000 °F, teda 2 800 °C. Johns Hopkins APL teraz ukázal spôsob, ako jeho výrobu výrazne zrýchliť.
Jeden komerčný kus vznikal 36 týždňov
Problémom uhlík-uhlíkových kompozitov nie sú iba náklady, ale najmä čas. Pri tradičnej výrobe zostáva medzi uhlíkovými vláknami množstvo mikroskopických pórov. Výrobcovia ich postupne vypĺňajú uhlíkom buď pomocou plynnej fázy, alebo opakovanou impregnáciou živicou a následnou pyrolýzou. Jeden cyklus však nestačí, a preto sa celý postup opakuje znovu a znovu.
APL pri porovnaní ukázalo komerčný materiál vyrábaný tradičným procesom 36 týždňov. Na CT snímkach boli stále viditeľné póry dosahujúce až približne jeden milimeter.
Práve dlhá výroba sa stáva problémom aj pre obranný priemysel. USA chcú hypersonické systémy dostať z drahých demonštrátorov k častejšiemu testovaniu a väčším sériám. Podobnú snahu sme na FonTechu rozoberali pri americkom systéme HAVOC, ktorý je od začiatku navrhovaný s dôrazom na jednoduchšiu sériovú výrobu. Pri raste produkcie však nestačí zrýchliť výrobu raketových motorov. Rovnakým tempom musia pribúdať aj materiály schopné prežiť samotný let.
FAST CAR² zhutní materiál za minúty
Nová metóda dostala názov Field-Assisted Sintering Technique for Carbon-Carbon, skrátene FAST CAR². Namiesto toho, aby sa uhlík do poréznej štruktúry dostával počas mnohých samostatných cyklov, výskumníci vložia materiál obsahujúci uhlík priamo medzi vlákna a následne použijú vysoký tlak spolu s veľmi rýchlym elektrickým ohrevom.
Samotná fáza zhutňovania potom podľa APL trvá iba niekoľko minút. Príprava a dokončenie výrobku stále vyžadujú ďalšie kroky, takže celý diel nevznikne za pár minút, ale v priebehu niekoľkých dní namiesto mesiacov.
Prvý valček s priemerom približne 2,5 cm tím vyrobil za niekoľko dní, teda za menej než desatinu času potrebného pri klasickom procese. Neskôr sa dostal na 15-centimetrové a napokon 20-centimetrové vzorky, čím overil, že metóda nemusí zostať iba pri drobných laboratórnych kusoch.

Mikroskopické analýzy navyše ukázali póry veľké iba niekoľko mikrometrov. Výskumníci následne vzorky vystavili aj supersonickému prúdu extrémne horúceho plynu a ich správanie bolo podľa APL porovnateľné s priemyselne vyrábanými uhlík-uhlíkovými kompozitmi.
Rovnaký typ materiálu letí aj tesne pri Slnku
Uhlík-uhlíkové kompozity pritom nie sú experimentálnym materiálom bez reálneho využitia.
Používajú sa napríklad v raketových dýzach, nosoch rakiet či tepelných ochranných systémoch. Uhlíkové kompozity chránia aj Parker Solar Probe. NASA pri jej tepelnom štíte použila dve uhlík-uhlíkové vrstvy okolo ľahkého uhlíkového jadra. Sonda pri najbližších preletoch okolo Slnka stále dosahuje približne 700 000 km/h a jej tepelná ochrana zostáva funkčná aj po rokoch extrémneho namáhania.
Na FonTechu sme už pri rekordných preletoch Parker Solar Probe vysvetľovali, prečo je uhlíkový tepelný štít pre takúto misiu nevyhnutný. Pri hypersonických zbraniach je fyzikálny problém iný, no požiadavka zostáva podobná – materiál nesmie pri extrémnom zahrievaní stratiť tvar ani pevnosť.
To bude čoraz dôležitejšie aj pri ďalších amerických projektoch. DARPA napríklad pripravuje hypersonický systém škálovateľný pre misie približne do 3 700 km a medzi technológiami, ktoré potrebuje vyriešiť, priamo uvádza aj vysokoteplotné materiály a tepelný manažment.
Najväčšia skúška ešte len príde
FAST CAR² však zatiaľ nie je hotová priemyselná výrobná linka. APL samo upozorňuje, že technológia je stále v skorom štádiu a hlavným problémom bude škálovanie na podstatne väčšie diely. Výskumníci preto spolupracujú s externými partnermi, ktorí majú väčšie lisy a umožnia preveriť výrobu komponentov bližších reálnym rozmerom raketových či hypersonických systémov.
Zatiaľ tiež nepoznáme cenu veľkosériovej výroby ani údaje z dlhodobého testovania plnohodnotných súčiastok. Nová metóda preto ešte nedokazuje, že USA dokážu zrazu vyrábať hypersonické strely násobne rýchlejšie.
Odstraňuje však jeden konkrétny problém: materiál, na ktorý sa dnes môže čakať celé mesiace, dokázali výskumníci pripraviť za niekoľko dní bez toho, aby pri prvých testoch prišli o požadovanú hustotu a tepelnú odolnosť.
Čítajte viac z kategórie: Novinky
Ďakujeme, že čítaš Fontech. V prípade, že máš postreh alebo si našiel v článku chybu, napíš nám na redakcia@fontech.sk.
Teraz čítajú

Majú zásoby 100 miliárd m³. Slovensko môže získať nový veľký zdroj plynu, spustia ho už čoskoro

Inžinieri sa nestačili čudovať. Mohutné stroje Volvo odviezli až 3 milióny ton materiálu

Bestseller Volkswagenu bude na elektrinu. ID. Tiguan nahradí hneď dva modely

BYD ukázal luxusný sedan, ktorý chce potrápiť Európu. Má 402 koní a dojazd cez 700 km

Rely legenda vstala z mŕtvych. Ikonický Renault dostal 270 koní a čisto elektrický pohon
NAJČÍTANEJŠIE ZO STARTITUP

Značka, ktorú nosia generácie Slovákov, padla do problémov. Zachrániť ju má 34-ročný syn známeho miliardára

Krvavý útok 13-ročného žiaka na ZŠ v Staškove: Jedna učiteľka podľahla zraneniam, druhá je mimo ohrozenia

Tradičný slovenský pivovar končí, ďalší hlási stratu 1,2 milióna eur. Pivo čakajú ťažké časy

Po tragédii na Kysuciach prišiel zásah na škole v Bratislave. Zadržali dvoch 15-ročných

El Niño je najsilnejšie za 1 000 rokov. Tohtoročná zima prekvapí aj Slovensko (PREDPOVEĎ)
- 24 hod
- 48 hod
- 7 dní
-
- Slovensko ukázalo novú zbraň pre modernú vojnu. Jej najväčšia výhoda má háčik
- EÚ chce vytvoriť „vojenský Schengen“. Slovensko má v krajine hanebnú prekážku, ktorá zbrzdí tanky spojencov
- Armáda Slovenska dostane desivú zbraň. Za minútu vypáli 20 projektilov
- Schovávali eso v rukáve? Rusi vytiahli neznámy systém proti Ukrajine
- Dron z výroby pri Prešove vydrží vo vzduchu 24 hodín. Nová hrozba ho prinútila meniť kurz
-
- Netflix ovládla nová česká komédia. V kinách ju skoro nikto nevidel
- Slovensko ukázalo novú zbraň pre modernú vojnu. Jej najväčšia výhoda má háčik
- Volkswagen prekvapil cenou. Nový elektrický sedan stojí len 11 000 eur a má dojazd 555 km
- Máme dátum. Nový Spider-Man bude čoskoro online aj s dabingom, jedna vec však sklame
- BYD ukázal luxusný sedan, ktorý chce potrápiť Európu. Má 402 koní a dojazd cez 700 km
-
- Netflix ovládla nová česká komédia. V kinách ju skoro nikto nevidel
- Volkswagen prekvapil cenou. Nový elektrický sedan stojí len 11 000 eur a má dojazd 555 km
- Slovensko ukázalo novú zbraň pre modernú vojnu. Jej najväčšia výhoda má háčik
- Máme dátum. Nový Spider-Man bude čoskoro online aj s dabingom, jedna vec však sklame
- Najúspešnejší film Marvelu sa vrátil na Slovensko. Jedna vec vyložene zarazí
Volkswagen prepustí až 100-tisíc ľudí. Z Nemecka napriek tomu zazneli prekvapivé slová
Európa čakala veľký solárny prepad. Zatmenie ukázalo, prečo veľké číslo pre Slovensko neplatilo
Výrobcom počítačov a mobilov končí obľúbený trik. EÚ prísne skoncuje s falošnou ekológiou
Má stáť zelená energia 120 eur za MWh? ÚRSO označil zelenú energiu za drahý omyl, pravda je iná
Európa chcela odstrihnúť Putina, deje sa však opak. Dovoz ruského LNG prudko vzrástol
USA chystajú vesmírny štít za 160 miliárd eur. Prvý ostrý zásah príde v roku 2029
Mochovce dosiahli kľúčový míľnik. Štvrtý blok už rozbehol jadrovú reakciu
NAJČÍTANEJŠIE ZO STARTITUP

Značka, ktorú nosia generácie Slovákov, padla do problémov. Zachrániť ju má 34-ročný syn známeho miliardára

Krvavý útok 13-ročného žiaka na ZŠ v Staškove: Jedna učiteľka podľahla zraneniam, druhá je mimo ohrozenia

Tradičný slovenský pivovar končí, ďalší hlási stratu 1,2 milióna eur. Pivo čakajú ťažké časy

Po tragédii na Kysuciach prišiel zásah na škole v Bratislave. Zadržali dvoch 15-ročných

