2020. označava početak novog desetljeća istraživanja svemira i inovacija, u kojem legure koje sadrže nikal igraju važnu ulogu u mnogim primjenama, uključujući proizvodnju raketa, kotača i katalizatora.
SpaceX, tvrtka posvećena proizvodnji svemirske opreme i ponovljivom svemirskom prijevozu, koristi nehrđajući čelik 304 (S30400) koji sadrži nikal za proizvodnju brodova i super-teških raketa.
Cijena je niža u usporedbi s ugljičnim vlaknima, koja koštaju više od 60 puta više po kilogramu. Također je mnogo otporniji na toplinu od ugljičnih vlakana ili drugih metala, tako da zahtijeva daleko manje, ili možda čak, izolaciju.
U međuvremenu, NASA istražuje drugu potencijalnu primjenu materijala koji sadrže nikal u kotačima sonde. Gumeni kotači su nepraktični na Mjesecu ili Marsu, tako da su izvorni kotači lunarnog rovera Apollo bili izrađeni od čelika za opruge, ali bi se čelični kotači za opruge na velikim i teškim kotačima dizajniranim za korištenje na Marsu deformirali. Kako bi riješila ovaj problem, NASA razvija metalnu mrežastu gumu izrađenu od legure nikla i titana, koja ima svojstva pamćenja oblika i može se nositi s 30 puta većom deformacijom od kotača od opružnog čelika.
Opremljen raketnim motorom Raptor, SpaceX Starship jedan je od prvih Starshipa koji pokreću tekući metan i tekući kisik i dizajniran je za 1000 upotrebu. Metan je odabran za izradu raketnog goriva na Marsu za povratno putovanje. Metan se može proizvesti korištenjem ugljičnog dioksida i vodika kroz Chabatierovu reakciju, u kojoj vodik reagira s ugljičnim dioksidom kroz katalizator na visokoj temperaturi (optimalna temperatura je 300-400 stupanj ) i visokom tlaku kako bi se stvorili metan i voda. Jedan takav katalizator koji se može koristiti je nikal.
Atmosfera Marsa sastoji se od 95 posto ugljičnog dioksida, a NASA je potvrdila prisutnost vode na Marsu, sirovine potrebne za proizvodnju metana i kisika za raketne pojačivače i kisika za disanje astronauta. Materijali koji sadrže nikal također su potrebni zbog niže temperature okoline crvenog planeta i niskih temperatura potrebnih za stvaranje ukapljenog metana, vodika i kisika.
Legura nikal-bakar K-500 (N05500)ima izvrsnu duktilnost na niskim temperaturama i otporan je na plamen u čistom kisiku. To ga čini preferiranim izborom za pumpu za dovod kisika koja opskrbljuje kisikom raketne motore.
Svojom velikom čvrstoćom i žilavošću,Legura 718 (N07718)je legura nikla i kroma koja se može taložiti i koristi se u zrakoplovnim turbomlaznim motorima, raketnim motorima i tlačnim posudama, a može podnijeti niske temperature do -250 stupnjeva. Ukapljiti plin i postići poticaj. Ali svojstva legure 718 otežavaju strojnu obradu i oblikovanje od drugih materijala. Procesi lijevanja po modelu mogu biti problematični jer je legura 718 osjetljiva na poroznost, segregaciju i izuzetno grubu veličinu zrna, što zahtijeva naknadne korake obrade.
Što je rješenje? 3D ispis može učinkovitije iskoristiti legure na bazi nikla kao što je legura 718 u aplikacijama visokih performansi sa složenim dizajnom.
3D printanje olakšava obradu legure 718 i dobro zadržava svojstva materijala. Procesom se izbjegava zavarivanje i strojna obrada, čime se uvelike smanjuje materijalni otpad. Prednosti ove metode izrade pokazane su 3D ispisom prototipa raketnog motora od legure 718. Prototip je u potpunosti dizajniran pomoću umjetne inteligencije, a razvio ga je Hyperganic Software u Njemačkoj.
Za razliku od konvencionalnih raketnih motora, koji se sastoje od individualno dizajniranih i sastavljenih komponenti, 3D isprintani prototip je kontinuirana cjelina. Sadrži komoru za izgaranje u kojoj gorivo i oksidans izgaraju te površinske kanale koji cirkuliraju gorivo kako bi se komora za izgaranje ohladila i izbjeglo pregrijavanje. Metoda monolitne konstrukcije jamči najmanju težinu i najučinkovitije hlađenje za najbolje performanse određene rakete. Projekt rakete Vulcan II na Kalifornijskom sveučilištu u San Diegu također koristi 3D printanje za izradu raketnog motora od legure Ignus II 718. Za svaku novu primjenu u budućnosti, nikal će pomoći da istraživanje svemira ide dalje.
