NASA створює метали з пам'яттю форми для космічних місій

Інженер NASA Отман Бенафан працює над революційними матеріалами, які буквально змінюють підходи до використання аерокосмічних матеріалів. У дослідницькому центрі Гленна NASA в Клівленді він створює метали, які називаються сплавами з пам'яттю форми, спеціально розроблені для вирішення найактуальніших викликів космічних досліджень та авіації.

«Сплав з пам'яттю форми спочатку виглядає як будь-який інший метал, за винятком однієї чудової властивості: він може запам'ятовувати форми», — пояснює Бенафан. «Ви можете його згинати, деформувати, а коли нагрієте, він повертається до своєї первинної форми».

Сплав — це метал, створений шляхом поєднання двох або більше металевих елементів. Сплави з пам'яттю форми належать до функціональних металів. На відміну від конструкційних металів, які мають фіксовані форми та використовуються для будівництва або утримання важких об'єктів, функціональні метали цінуються за унікальні властивості, що дозволяють їм виконувати специфічні дії.

NASA часто потребує матеріалів з особливими можливостями для використання в компонентах літаків та космічних апаратів, скафандрах та обладнанні, призначеному для низької навколоземної орбіти, Місяця або Марса. Але іноді ідеальний матеріал просто не існує. Саме тут на допомогу приходять інженери, такі як Бенафан.

«У нас є вимоги, і ми створюємо нові матеріали для виконання цих функцій», — каже він. Весь процес починається з ручки та паперу, теорій та досліджень для точного визначення необхідних властивостей та способів їх створення. Потім він та його команда готові розпочати виготовлення нового металу.

«Це схоже на кулінарне шоу», — порівнює Бенафан. «Ми збираємо всі інгредієнти — у моєму випадку металами є елементи з періодичної таблиці, такі як нікель, титан, золото, мідь тощо — і змішуємо їх у кількостях, що відповідають формулі, яку ми розробили. А потім готуємо це».

Ці елементарні інгредієнти плавляться в контейнері, який називається тигель, потім виливаються у потрібну форму, наприклад циліндр, пластину або трубку. Після цього матеріал піддається температурам та тискам, які формують та навчають метал змінювати розташування своїх атомів щоразу, коли його нагрівають або охолоджують.

Сплави з пам'яттю форми, створені Бенафаном та його колегами, вже довели свою корисність у кількох застосуваннях. Наприклад, технологія Shape Memory Alloy Reconfigurable Technology Vortex Generator (SMART VG), яка тестується на літаках Boeing, використовує крутний момент, створений рухом скручування, викликаним нагріванням, для піднімання та опускання невеликого вузького елемента обладнання, встановленого на крилах літака, що призводить до зменшення опору під час крейсерських умов польоту.

У космосі демонстраційна місія технології Advanced eLectrical Bus (ALBus) CubeSat 2018 року включала використання сплаву з пам'яттю форми для розгортання сонячних батарей та антен малого супутника. Технологія Shape Memory Alloy Rock Splitters від центру Гленна приносить користь гірничодобувним та геотермальним застосуванням на Землі, розколюючи породи без шкоди для навколишнього середовища. Пристрій зі сплаву з пам'яттю форми обгортається нагрівачем та вставляється в попередньо просвердлений отвір у породі, і коли нагрівач активується, сплав розширюється, створюючи інтенсивний тиск, який розколює породу.

Захоплення Бенафана сплавами з пам'яттю форми почалося після того, як він іммігрував до Сполучених Штатів з Марокко у віці 19 років. Він почав відвідувати вечірні заняття в коледжі Валенсія, а потім закінчив Університет Центральної Флориди в Орландо. Професор провів демонстрацію сплавів з пам'яттю форми, і це назавжди змінило життя Бенафана. Тепер Бенафан любить допомагати іншим розуміти пов'язані теми.

«Поза роботою одна з речей, яку я найбільше люблю робити, — це робити технології доступними для тих, хто може бути зацікавлений, але ще не має досвіду в цій сфері. Я багато займаюся громадською роботою через табори або лекції в школах», — розповідає він.

Він вірить, що ментальність цікавості та готовність зазнавати невдач і вчитися є важливими для майбутніх інженерів, і заохочує інших втілювати свої ідеї та продовжувати спроби.

«Знаєте, ми виростаємо з таким мисленням падіння, підйому та повторних спроб, і те саме застосовується тут», — каже Бенафан. «Ідея полягає в тому, щоб бути вирішувачем проблем. Що ви намагаєтеся внести? Яку проблему ви хочете вирішити, щоб допомогти людству, допомогти Землі?»