Το 2020 σηματοδοτεί την έναρξη μιας νέας δεκαετίας εξερεύνησης και καινοτομίας του διαστήματος, στην οποία τα κράματα που περιέχουν νικέλιο παίζουν σημαντικό ρόλο σε πολλές εφαρμογές, συμπεριλαμβανομένης της κατασκευής πυραύλων, τροχών και καταλυτών.
Η SpaceX, μια εταιρεία αφιερωμένη στην κατασκευή αεροδιαστημικού εξοπλισμού και επαναλαμβανόμενες διαστημικές μεταφορές, χρησιμοποιεί έναν ανοξείδωτο χάλυβα 304 (S30400) που περιέχει νικέλιο για την κατασκευή Starships και υπερβαρέων πυραύλων.
Το κόστος είναι χαμηλότερο σε σύγκριση με τις ανθρακονήματα, που κοστίζουν πάνω από 60 φορές περισσότερο ανά κιλό. Είναι επίσης πολύ πιο ανθεκτικό στη θερμότητα από τις ίνες άνθρακα ή άλλα μέταλλα, επομένως απαιτεί πολύ λιγότερη, ή πιθανώς ομοιόμορφη, μόνωση.
Εν τω μεταξύ, η NASA διερευνά μια άλλη πιθανή εφαρμογή για υλικά που περιέχουν νικέλιο σε τροχούς ανιχνευτών. Οι ελαστικοί τροχοί δεν είναι πρακτικοί στο φεγγάρι ή στον Άρη, επομένως οι αρχικοί τροχοί σεληνιακού ρόβερ Apollo ήταν κατασκευασμένοι από χάλυβα ελατηρίου, αλλά οι τροχοί από χάλυβα ελατηρίου σε μεγάλους και βαρείς τροχούς που έχουν σχεδιαστεί για χρήση στον Άρη θα παραμορφώνονταν. Για να λύσει αυτό το πρόβλημα, η NASA αναπτύσσει ένα ελαστικό από μεταλλικό πλέγμα κατασκευασμένο από κράμα νικελίου-τιτανίου, το οποίο έχει ιδιότητες μνήμης σχήματος και μπορεί να αντιμετωπίσει 30 φορές την παραμόρφωση ενός τροχού από χάλυβα ελατηρίου.
Εξοπλισμένο με κινητήρα πυραύλων Raptor, το SpaceX Starship είναι ένα από τα πρώτα Starships που κινούνται με υγρό μεθάνιο και υγρό οξυγόνο και είναι σχεδιασμένο να διαρκεί 1,000 χρήσεις. Το μεθάνιο επιλέχθηκε για την παραγωγή καυσίμου πυραύλων στον Άρη για το ταξίδι της επιστροφής. Το μεθάνιο μπορεί να παραχθεί χρησιμοποιώντας διοξείδιο του άνθρακα και υδρογόνο μέσω της αντίδρασης Chabatier, στην οποία το υδρογόνο αντιδρά με το διοξείδιο του άνθρακα μέσω ενός καταλύτη σε υψηλή θερμοκρασία (η βέλτιστη θερμοκρασία είναι 300-400 βαθμοί ) και υψηλή πίεση για τη δημιουργία μεθανίου και νερού. Ένας τέτοιος καταλύτης που μπορεί να χρησιμοποιηθεί είναι το νικέλιο.
Η ατμόσφαιρα του Άρη είναι 95 τοις εκατό διοξείδιο του άνθρακα και η NASA έχει επιβεβαιώσει την παρουσία νερού στον Άρη, τις πρώτες ύλες που απαιτούνται για την παραγωγή μεθανίου και οξυγόνου για ενισχυτές πυραύλων και οξυγόνου για να αναπνέουν οι αστροναύτες. Τα υλικά που περιέχουν νικέλιο απαιτούνται επίσης από τη χαμηλότερη θερμοκρασία περιβάλλοντος του κόκκινου πλανήτη και τις χαμηλές θερμοκρασίες που απαιτούνται για την παραγωγή υγροποιημένου μεθανίου, υδρογόνου και οξυγόνου.
Κράμα νικελίου-χαλκού K-500 (N05500)έχει εξαιρετική ολκιμότητα σε χαμηλές θερμοκρασίες και είναι ανθεκτικό στη φλόγα σε καθαρό οξυγόνο. Αυτό το καθιστά την προτιμώμενη επιλογή για μια ενισχυτική αντλία οξυγόνου που παρέχει οξυγόνο σε κινητήρες πυραύλων.
Με την υψηλή αντοχή και σκληρότητά του,Κράμα 718 (N07718)είναι ένα κράμα νικελίου-χρωμίου που μπορεί να σκληρυνθεί λόγω κατακρήμνισης που χρησιμοποιείται σε στροβιλοκινητήρες αεροσκαφών, κινητήρες πυραύλων και δοχεία πίεσης και μπορεί να διαχειριστεί χαμηλές θερμοκρασίες έως -250 βαθμούς Υγροποιημένο αέριο και να επιτύχει ώθηση. Αλλά οι ιδιότητες του κράματος 718 καθιστούν πιο δύσκολη τη μηχανική επεξεργασία και τη διαμόρφωση από άλλα υλικά. Οι διαδικασίες χύτευσης επενδύσεων μπορεί να είναι προβληματικές επειδή το κράμα 718 είναι επιρρεπές σε πορώδες, διαχωρισμό και εξαιρετικά χονδροειδές μέγεθος κόκκου, που απαιτούν επακόλουθα στάδια επεξεργασίας.
Ποια είναι η λύση? Η τρισδιάστατη εκτύπωση μπορεί να χρησιμοποιήσει πιο αποτελεσματικά κράματα με βάση το νικέλιο, όπως τα κράματα 718, σε εφαρμογές υψηλής απόδοσης με πολύπλοκα σχέδια.
Η τρισδιάστατη εκτύπωση διευκολύνει την επεξεργασία του κράματος 718 και διατηρεί καλά τις ιδιότητες του υλικού. Η διαδικασία αποφεύγει τη συγκόλληση και τη μηχανική κατεργασία, μειώνοντας έτσι σημαντικά τη σπατάλη υλικών. Τα οφέλη αυτής της μεθόδου κατασκευής αποδείχθηκαν με την τρισδιάστατη εκτύπωση ενός πρωτοτύπου μιας μηχανής πυραύλων από κράμα 718. Το πρωτότυπο σχεδιάστηκε εξ ολοκλήρου μέσω τεχνητής νοημοσύνης και αναπτύχθηκε από την Hyperganic Software στη Γερμανία.
Σε αντίθεση με τους συμβατικούς κινητήρες πυραύλων, οι οποίοι αποτελούνται από ξεχωριστά σχεδιασμένα και συναρμολογημένα εξαρτήματα, το τρισδιάστατο τυπωμένο πρωτότυπο είναι ένα συνεχές σύνολο. Περιέχει τον θάλαμο καύσης όπου καίγονται καύσιμο και οξειδωτικό και επιφανειακά κανάλια που κυκλοφορούν το καύσιμο για να ψύχουν τον θάλαμο καύσης και να αποφύγουν την υπερθέρμανση. Η μονολιθική μέθοδος κατασκευής εγγυάται το μικρότερο βάρος και την πιο αποτελεσματική ψύξη για την καλύτερη απόδοση ενός δεδομένου πυραύλου. Το έργο πυραύλων Vulcan II στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, στο Σαν Ντιέγκο, χρησιμοποιεί επίσης τρισδιάστατη εκτύπωση για την κατασκευή του κινητήρα πυραύλων από κράμα Ignus II 718. Για κάθε νέα εφαρμογή στο μέλλον, το νικέλιο θα βοηθήσει την εξερεύνηση του διαστήματος να προχωρήσει περαιτέρω.
