材料は重力から「解放」され、均一に加熱されて固化されると、どの程度の性能を発揮できるでしょうか?

制作：中国科学普及協会

著者: 中国科学博覧会

プロデューサー: 中国科学博覧会

航空宇宙技術の急速な発展により、宇宙はもはや宇宙飛行士が移動する場所であるだけでなく、科学者が最先端の科学研究を行うための重要なプラットフォームにもなっています。中でも宇宙材料科学実験は重要な研究分野として、人類に前例のない材料革命をもたらしています。

宇宙：材料科学の新たな舞台

地球上では、重力の影響により、溶融および凝固の過程で材料が自然に沈降し、構造上の欠陥が生じたり、材料の純度が低下したりして、その性能に影響を与えます。しかし、宇宙の微小重力環境では、この問題は簡単に解決されます。科学者たちは、宇宙の微小重力条件下では材料を均一に加熱して固めることができ、より優れた性能を持つ材料を生産できることを発見しました。

ソ連のミール宇宙ステーションを皮切りに、科学者たちは宇宙ステーションに軌道上溶解ペイロードを導入し、微小重力環境でより優れた性能を発揮する材料サンプルを入手した。現在、中国の天宮宇宙ステーションには、「無容器科学実験キャビネット」と「高温材料科学実験キャビネット」という材料科学分野の2つの実験装置があり、科学者がさまざまな材料科学研究を行うために使用されています。

容器不要の科学実験キャビネット

**コンテナレス科学実験キャビネットは、天河コアモジュール内にあります。これは宇宙に到達した最も初期の実験プラットフォームの1つであり、天河コアモジュールの上部に展開されます。 **静電懸架技術を採用しており、容器なしで実験サンプルをキャビティの中央に懸架することができます。この容器のない環境により、材料への外部の影響が排除され、材料はより高い温度とより大きな過冷却を達成できるようになり、それによって材料構造におけるいくつかの独自の性能向上が引き起こされます。

実験プロセス全体がとても魔法のようです。レーザーの照射開始後、サンプルは 2000 度以上の温度まで連続的に加熱されます。材料サンプルが溶けた後、周囲の物理的状態測定カメラがそれを測定します。加熱後、ペレットは急速に冷却・固化し、過冷却状態となり、その後静電場制御により回復します。

容器のない科学実験キャビネットでは、科学者らがニッケルベースの高温材料やニオブ・シリコン合金など、新世代の航空機エンジンの主要材料でもある重要材料に関する宇宙実験を実施してきた。これらの実験結果は、高性能材料の研究と地上生産を促進するだけでなく、将来の航空エンジンなどの重要な分野にも強力なサポートを提供します。

高温材料科学実験キャビネット

無容器科学実験室が物質の物理的性質を研究するための理想的な環境であるならば、高温物質科学実験室は宇宙で物質を調製するための「夢の工場」です。この実験室の本体は高温炉であり、「錬金術炉」とも言えるものです。炉の温度は1600度にも達します。ここで、科学者はさまざまな新材料の研究と準備を行うことができます。

科学者は、物質の融点や特性に応じて、さまざまなタイプの高温炉を選択できます。バッチサンプル管理モジュールには 16 個のサンプルボックスが搭載されており、各サンプルの実験は制御モジュールを通じて完了します。 X線透過画像装置により、地上の科学者は実験の進行状況をリアルタイムで観察することができます。

高温材料科学実験キャビネットは、高温金属・合金材料、先端半導体材料、機能性結晶材料、エネルギー材料、生体材料、ナノ材料、地上で作製することが困難な新材料など、幅広い材料の研究をサポートします。これらの物質は私たちの日常生活に深く関係しているだけでなく、人類社会の進歩と発展を促進します。

宇宙実験：材料革命につながる

天宮宇宙ステーションでの宇宙材料科学実験を通じて、科学者たちは一連の注目すべき成果を達成した。これらの結果は、宇宙の微小重力環境が材料の準備に及ぼす重大な影響を明らかにするだけでなく、将来の材料科学の研究と応用に貴重な経験とインスピレーションを提供します。

宇宙技術の継続的な進歩と宇宙実験プラットフォームの継続的な改善により、宇宙時代には新素材の分野で次の革命が静かに起こっていると信じる理由があります。今後の宇宙材料科学実験では、多分野にわたる産業と最先端技術の統合にさらに重点を置き、材料科学のより高いレベルとより広い分野への発展を促進します。

宇宙における宇宙物質科学実験は、人類の未知への探究と革新の追求の重要な現れです。宇宙という新しい環境における材料科学の無限の可能性を垣間見るとともに、未来への期待と憧れに胸が高まります。科学者の絶え間ない努力と宇宙技術の継続的な進歩により、将来私たちはこの物質革命の到来を目撃することになるだろうと信じています。