Будущие миссии на Луну требуют от инженеров разработки возможности жить за счет местных ресурсов. Чтобы не везти с Земли тонны грузов, исследователи ищут способы плавить лунные породы для извлечения металлов, необходимых для строительства инфраструктуры, и кислорода — для топлива и систем жизнеобеспечения. Однако расплавленный реголит, напоминающий вулканическую лаву, обладает колоссальной коррозийной активностью. Он мгновенно разъедает большинство известных огнеупорных и термостойких материалов. Это долго оставалось главным препятствием для конструкторов. Решение проблемы пришло неожиданно. Ученый Кевин Ю и инженер по материалам Джеймса Стоукс из Исследовательского центра Гленна (НАСА) совершили случайное открытие, способное перевернуть космическую металлургию.
Случайное открытие в раскаленной печи
Экспериментируя с имитацией лунной пыли, ученые смешали ее с оксидом скандия и подвергли термической обработке в вакуумной печи. На выходе они получили совершенно новое вещество. Проверка по рентгеноструктурной базе данных, содержащей более миллиона известных соединений, показала: полученный материал уникален и никогда ранее не изучался наукой.
Технология производства нового вещества оказалась наглядной. Исходная смесь из восьми базовых оксидных компонентов и этилового спирта имеет ярко-розовый цвет, похожий на клубничное молоко. В процессе запекания при температуре выше 1600 °C порошок меняет цвет на светло-бежевый. Этот встроенный цветовой индикатор позволяет визуально контролировать правильность протекания химической реакции.
Дешевле платины, эффективнее аналогов
Испытания показали, что новый материал успешно противостоит агрессивному воздействию расплавленного лунного грунта и выдерживает экстремальные температуры. Традиционно в таких высокотемпературных процессах используются драгоценные металлы, например платина. Новое вещество, хоть и содержит недешевый оксид скандия, обходится в производстве значительно дешевле.
В лунных миссиях материал планируют использовать для создания трубопроводов и резервуаров, в которых будет плавиться реголит. На Земле его уникальные свойства — низкая плотность, малый вес и превосходные теплоизоляционные качества — делают его идеальным кандидатом для создания защитных покрытий деталей реактивных авиадвигателей. В ближайшем будущем авторы планируют усовершенствовать технологию, чтобы повысить чистоту материала и снизить его себестоимость.