Лаборатория материаловедения - Materials Science Laboratory

МСРР-1 (НАСА)

В Лаборатория материаловедения (MSL) Европейское космическое агентство это полезная нагрузка на борту Международная космическая станция за материаловедение эксперименты в условиях низкой гравитации.

Он установлен в НАСА первая стойка для исследований в области материаловедения, которая помещается в Судьба лаборатория на борту МКС. Его цель - обработка образцов материалов различными способами: направленное затвердевание металлов и сплавов, рост кристаллов полупроводниковых материалов, эксперименты по теплофизическим свойствам и диффузии сплавов и стеклообразующих материалов, а также исследования полимеров и керамики в жидкости. -твердый фазовый переход.[1]

MSL был построен для ESA EADS Astrium в Фридрихсхафене, Германия. Он управляется и контролируется Центр поддержки пользователей Microgravity (MUSC) из Немецкий аэрокосмический центр (DLR) в Кельне, Германия.

Резюме миссии

MSL был запущен с Космический шатл Открытие на его СТС-128 в конце августа 2009 года. Он был переведен из многоцелевого логистического модуля в лабораторию Destiny вскоре после стыковки шаттла с Международной космической станцией, примерно через два дня после запуска. После этого начались пусконаладочные работы, в первую очередь, с целью проверки функциональности стойки для исследований в области материаловедения и MSL внутри MSRR. Ввод в эксплуатацию включал обработку первых двух образцов, которая состоялась в начале ноября. После того, как эти два образца будут возвращены на землю для анализа учеными, остальные образцы из партии 1 будут обработаны в начале 2010 года.

Основной объект

В Лаборатория материаловедения (MSL) - это вклад Европейского космического агентства в программу NASA MSRR-1. Он занимает половину Стойка для полезной нагрузки международного стандарта.

MSL состоит из Основной объектвместе с соответствующими вспомогательными подсистемами. В Основной объект состоит в основном из вакуумного цилиндра из нержавеющей стали (Технологическая камера) способны вместить разные индивидуальные Вставки для печей (ФИ), в рамках которых осуществляется обработка выборки. Рабочая камера обеспечивает точно контролируемую среду обработки и измерение уровней микрогравитации. Он может вместить несколько разных Вставки для печей. Во время первой серии экспериментов Низкоградиентная печь (LGF) установлен. Еще одна печь, Печь затвердевания и закалки (SQF) уже произведен и ожидает на земле для будущих операций. FI можно перемещать с помощью специального приводного механизма для обработки каждого образца в соответствии с требованиями ученых. Обработка обычно происходит в вакууме.

В Основной объект поддерживает FI с помощью до восьми нагревательных элементов и обеспечивает механическую, тепловую и электрическую инфраструктуру, необходимую для работы с FI, Узел картриджа с образцом (SCA) вместе с любой связанной электроникой для экспериментов, которая может потребоваться.

FI - это комбинация нагревательных элементов, зон изоляции и зон охлаждения, содержащихся в теплоизоляционном узле. На внешней оболочке этого узла находится металлическая рубашка с водяным охлаждением, образующая механический интерфейс с Основной объект.

Основными характеристиками двух произведенных печных вставок являются:

  • Низкоградиентная печь (LGF)

LGF разработан в основном для выращивания кристаллов Бриджмена из полупроводниковых материалов. Он состоит из двух нагретых полостей, разделенных адиабатической зоной. Этот узел может создавать низкие и точно контролируемые градиенты между двумя очень стабильными уровнями температуры.

  • Печь затвердевания и закалки (SQF)

SQF разработан в основном для металлургических исследований, с возможностью закалки границы затвердевания в конце обработки путем быстрого смещения зоны охлаждения. Он состоит из обогреваемой полости и зоны охлаждения с водяным охлаждением, разделенных адиабатической зоной. Он может создавать средние и крутые градиенты температуры вдоль экспериментального образца. Для создания больших градиентов кольцо из жидкого металла улучшает тепловую связь между SCA и зоной охлаждения.[2]

Узел картриджа для образцов

Образцы, подлежащие обработке, содержатся в экспериментальных картриджах, SCA, которые состоят из герметичной трубки, тигля, датчиков для управления процессом, пробоотборного зонда и ножки картриджа (то есть механического и электрического интерфейса с технологической камерой). Концепция безопасности MSL требует, чтобы экспериментальные образцы, содержащие токсичные соединения, содержались в SCA, которые поддерживают обнаружение потенциальных утечек. Объем между экспериментальным образцом и трубкой картриджа заполнен заранее определенным количеством криптона, что позволяет обнаруживать утечки с помощью масс-спектрометрии. Однако первая партия экспериментов не содержит токсичных веществ.

До 12 научных термопар обеспечивают температурный профиль образца и позволяют проводить дифференциальный термический анализ.[2]

Эксперименты

Лаборатория материаловедения - Переход от столбчатого к равноосному в процессах затвердевания (CETSOL) и Формирование микроструктуры при литье технических сплавов в диффузионных и магнитоуправляемых конвективных условиях (MICAST) это два исследования, в которых будут изучены различные модели роста и эволюция микроструктур во время кристаллизации металлических сплавов в условиях микрогравитации.

MICAST изучает формирование микроструктуры при литье технических сплавов в диффузионных и магнитоуправляемых конвективных условиях. Результаты экспериментов вместе с параметрическими исследованиями с использованием численного моделирования будут использованы для оптимизации процессов промышленного литья. MICAST определяет и экспериментально контролирует модели потока жидкости, которые влияют на эволюцию микроструктуры во время процессов литья, а также для разработки аналитических и передовых численных моделей. Микрогравитационная среда Международной космической станции имеет особое значение для этого проекта, потому что только здесь устраняются все вызванные гравитацией конвекции и преобладают четко определенные условия для затвердевания, которые могут быть нарушены искусственным потоком жидкости, находящимся под полным контролем экспериментаторов. Конструкторские решения, позволяющие улучшить процессы литья и особенно алюминиевые сплавы с четко определенными свойствами. MICAST изучает влияние чистых диффузионных и конвективных условий на алюминий-кремний (AlSi) и алюминий-кремний-железо (AlSiFe) литые сплавы на эволюцию микроструктуры во время направленной кристаллизации с вращающимся магнитным полем и без него.

Основная цель CETSOL - улучшить и проверить моделирование Столбчато-равноосный переход (CET) и микроструктуры зерна в процессе затвердевания. Это направлено на то, чтобы дать отрасли уверенность в надежности числовых инструментов, представленных в их интегрированных численных моделях литья, и их взаимосвязи. Для достижения этой цели будет проводиться интенсивное углубление количественной характеристики основных физических явлений, которые, от микроскопических до макроскопических, управляют формированием микроструктуры и CET. CET происходит во время столбчатого роста, когда новые зерна растут перед столбчатым фронтом в переохлажденная жидкость. При определенных условиях эти зерна могут остановить столбчатый рост, и тогда микроструктура затвердевания станет равноосной. Эксперименты должны проводиться на МКС из-за длительного времени, необходимого для отверждения образцов с целью изучения CET. Действительно, размер зеренной структуры, когда имеет место столбчатый рост, имеет порядок масштаба литья, а не масштаб микроструктуры. Это связано с тем, что в первом приближении именно тепловой поток управляет переходом, а не поток растворенного вещества. Экспериментальные программы выполняются на алюминиево-никелевых и алюминиево-кремниевых сплавах.[3]

Связанные публикации

  • Шефер Д., Хендерсон Р. Концепция исследовательского центра по материаловедению. 38-я встреча и выставка по аэрокосмическим наукам. Reno, NV. 12-15 января; AIAA-1998-259. 1998 г.
  • Кобб С.Д., Хиггинс Д.Б., Китченс Л. Возможности стеллажа и особенности конструкции первого исследовательского центра материаловедения. Тезисы докладов IAF, 34-я научная ассамблея КОСПАР, Второй Всемирный космический конгресс. ; J-6-07. 2002 г.
  • Carswell W, Kroeger F, Hammond M. QMI: печь для обработки металлов и сплавов на Международной космической станции. Труды аэрокосмической конференции IEEE 2003 г. ; 1: 1-74. 2003 г.
  • Петтигрю П.Дж., Китчен Л., Дарби С., Кобб С.Д., Лехочки С. Конструктивные особенности и возможности первой стойки для исследований в области материаловедения (MSRR-1). Материалы аэрокосмической конференции IEEE 2003 г. ; 1: 55-63. 2003 г.[4]

Смотрите также

Научные исследования на МКС

Галерея

  • Наземный МСРР-1 в стартовой конфигурации. На правой стороне стойки находится инженерная модель MSL. На левой стороне находятся подсистемы поддержки стойки MSRR-1 (нижняя часть) и контейнер для хранения (верхняя часть). На левой стороне есть приспособления / интерфейсы для поддержки дополнительного печного модуля, если это необходимо.

  • Низкоградиентная печь MSL и узел картриджа с ампулами для образцов в 2004 году.

  • Увеличенный вид печи с низким градиентом (LGF) и печи затвердевания и закалки (SQF), разработанных Европейским космическим агентством, расположенных с правой стороны MSRR-1.

  • Изображение НАСА: ISS020E037829 Астронавт Европейского космического агентства Кристер Фуглесанг (вверху на переднем плане) и астронавт НАСА Тим Копра, оба специалисты миссии STS-128, устанавливают стойку для исследований материаловедения-1 (MSRR-1) в лаборатории Destiny Международной космической станции.

использованная литература

  1. ^ «MSL-LGF: Исследование высокотемпературных материалов на борту МКС с помощью печей сопротивления». DLR. Получено 20 августа, 2009.
  2. ^ а б «Лаборатория материаловедения» (PDF). Центр пользователей ERASMUS и коммуникационный офис - Управление пилотируемых космических полетов - Европейское космическое агентство. Архивировано из оригинал (PDF) 6 ноября 2005 г.. Получено 9 августа, 2009.
  3. ^ «МСЛ-ЦЕЦОЛ и МИКАСТ» (PDF). Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства. Получено 4 ноября, 2009.
  4. ^ "Информационный бюллетень". Архивировано из оригинал 9 июля 2009 г.. Получено 9 августа, 2009.

внешняя ссылка