2020 menandakan permulaan dekad baharu penerokaan dan inovasi angkasa lepas, di mana aloi yang mengandungi nikel memainkan peranan penting dalam banyak aplikasi, termasuk pembuatan roket, roda dan pemangkin.
SpaceX, sebuah syarikat khusus untuk pembuatan peralatan aeroangkasa dan pengangkutan angkasa lepas, menggunakan keluli tahan karat 304 (S30400) yang mengandungi nikel untuk mengeluarkan Starships dan roket super berat.
Kosnya lebih rendah berbanding gentian karbon yang berharga lebih 60 kali ganda sekilogram. Ia juga lebih tahan haba daripada gentian karbon atau logam lain, jadi ia memerlukan penebat yang jauh lebih sedikit, atau mungkin juga.
Sementara itu, NASA sedang meneroka satu lagi aplikasi berpotensi untuk bahan yang mengandungi nikel dalam roda siasatan. Roda getah tidak praktikal di bulan atau Marikh, jadi roda rover lunar Apollo yang asal diperbuat daripada keluli spring, tetapi roda keluli spring pada roda besar dan berat yang direka untuk digunakan di Marikh akan berubah bentuk. Untuk menyelesaikan masalah ini, NASA sedang membangunkan tayar mesh logam yang diperbuat daripada aloi nikel-titanium, yang mempunyai sifat ingatan bentuk dan boleh mengatasi ubah bentuk 30 kali ganda roda keluli spring.
Dilengkapi dengan enjin roket Raptor, SpaceX Starship ialah salah satu Starship pertama yang dikuasakan oleh metana cecair dan oksigen cecair dan direka untuk bertahan selama 1,000 penggunaan. Metana dipilih untuk membuat bahan api roket di Marikh untuk perjalanan pulang. Metana boleh dihasilkan dengan menggunakan karbon dioksida dan hidrogen melalui tindak balas Chabatier, di mana hidrogen bertindak balas dengan karbon dioksida melalui pemangkin pada suhu tinggi (suhu optimum ialah 300-400 darjah ) dan tekanan tinggi untuk menjana metana dan air. Salah satu pemangkin yang boleh digunakan ialah nikel.
Atmosfera Marikh adalah 95 peratus karbon dioksida, dan NASA telah mengesahkan kehadiran air di Marikh, bahan mentah yang diperlukan untuk menjana metana dan oksigen untuk penggalak roket dan oksigen untuk angkasawan bernafas. Bahan yang mengandungi nikel juga diperlukan oleh suhu ambien planet merah yang lebih rendah dan suhu rendah yang diperlukan untuk menjana metana, hidrogen dan oksigen cecair.
Aloi nikel-kuprum K-500 (N05500)mempunyai kemuluran yang sangat baik pada suhu rendah dan tahan api dalam oksigen tulen. Ini menjadikannya pilihan pilihan untuk pam penggalak oksigen yang membekalkan oksigen kepada enjin roket.
Dengan kekuatan dan ketangguhan yang tinggi,Aloi 718 (N07718)ialah aloi nikel-kromium yang boleh dikeraskan pemendakan yang digunakan dalam turbojet pesawat, enjin roket dan kapal tekanan, dan boleh mengendalikan suhu rendah hingga -250 darjah Mencairkan gas dan mencapai rangsangan. Tetapi sifat aloi 718 menjadikannya lebih sukar untuk dimesin dan dibentuk daripada bahan lain. Proses penuangan pelaburan boleh menjadi masalah kerana Alloy 718 terdedah kepada keliangan, pengasingan dan saiz butiran yang sangat kasar, yang memerlukan langkah pemprosesan seterusnya.
Apakah cara penyelesaiannya? Percetakan 3D boleh menggunakan aloi berasaskan nikel dengan lebih cekap seperti aloi 718 dalam aplikasi berprestasi tinggi dengan reka bentuk yang kompleks.
Percetakan 3D menjadikannya lebih mudah untuk memproses aloi 718 dan mengekalkan sifat bahan dengan baik. Proses ini mengelakkan kimpalan dan pemesinan, sekali gus mengurangkan sisa bahan. Faedah kaedah fabrikasi ini ditunjukkan dengan mencetak 3D prototaip enjin roket aloi 718. Prototaip itu direka sepenuhnya melalui kecerdasan buatan dan dibangunkan oleh Perisian Hyperganic di Jerman.
Tidak seperti enjin roket konvensional, yang terdiri daripada komponen yang direka dan dipasang secara individu, prototaip cetakan 3D adalah keseluruhan yang berterusan. Ia mengandungi ruang pembakaran tempat bahan api dan oksidan terbakar, dan saluran permukaan yang mengedarkan bahan api untuk menyejukkan kebuk pembakaran dan mengelakkan terlalu panas. Kaedah pembinaan monolitik menjamin berat paling ringan dan penyejukan paling cekap untuk prestasi terbaik roket tertentu. Projek roket Vulcan II di University of California, San Diego, juga menggunakan cetakan 3D untuk membuat enjin roket aloi Ignus II 718. Untuk setiap aplikasi baharu pada masa hadapan, nikel akan membantu penerokaan angkasa lepas pergi lebih jauh.
