NASA разрабатывает новые материалы для электроники, медицинской техники и других важных технических сфер. Для получения уникальных образцов нужно, чтобы к ним в процессе создания не прикасались не только руки человека, но вообще какие-либо инструменты. У NASA есть установка, которая позволяет это проделать.
Представьте, что вы сильно нагреваете некие исходные вещества, а потом охлаждаете смесь, чтобы создать новый материал.
Из чего бы вы ни сделали ёмкость для расплава, она так или иначе вступит в химическое или физическое взаимодействие с вашим веществом и неизбежно загрязнит его.
Это означает, что вы не сможете с высокой точностью определить свойства нового материала.
Другое, не менее важное следствие состоит в том, что ваш образец будет иметь характеристики отличные от тех, что вы планировали, сочиняя оригинальный "рецепт".
Можно ли провести все стадии эксперимента, ничем не прикасаясь к образцу? На ум сразу приходит невесомость и космическая станция, но есть более простой выход.
С 1997 года в космическом центре Маршалла (Marshall Space Flight Center) работает удивительный аппарат "Электростатический левитатор".
До сих пор он регулярно приносит эффективные и, можно сказать, эффектные научные результаты.
![]() |
![]() Сердце левитатора набор специальных электродов (фото с сайта science.nasa.gov). |
Для восполнения электрического заряда образца (который теряет электроны при сильном нагреве) служит специальная дейтериевая дуговая лампа.
Пересекающиеся под прямым углом лазеры используются для контроля положения образца в пространстве. Компьютеры регулируют заряд на электродах, чтобы удерживать шарик точно в центре камеры.
И, опять-таки, мощный лазер нагревает его до расплавленного состояния. Также дистанционно учёные изучают свойства получаемых сплавов как в жидком, так и в застывшем состоянии.
![]() |
![]() Вакуумная камера левитатора (фото с сайта science.nasa.gov). |
Главное назначение прибора создание необычных сортов стекла, металлических сплавов, керамики и анализ их свойств.
Сейчас с центром Маршалла сотрудничает маленькая частная фирма Containerless Research, Inc (CRI). Именно благодаря левитатору она изобрела REAl-стекло.
REAl это аббревиатура, означающая "редкоземельный алюминиевый оксид" (Rare Earth and Aluminum oxides). Состоят эти стёкла из смеси нескольких редкоземельных оксидов, оксида алюминия и небольшой примеси диоксида кремния.
Этому материалу уже подбирают сферы применения. Например, в медицине.
"Большинство хирургических лазеров используют дорогие кристаллы, такие как сапфиры, объясняет доктор Ричард Вебер (Richard Weber), один из руководителей CRI. И эти кристаллы не только дороги, но и сильно ограничивают доступный диапазон длин волн и энергии. REAl-стекло потенциально даст хирургам больший выбор.
![]() |
![]() Расплавленная капля стекла висит в центре камеры (фото с сайта science.nasa.gov). |
Работа Вебера финансируется NASA. И не спроста новые стеклянные и керамические материалы могут оказаться незаменимыми при создании космических кораблей будущего. А также новых научных инструментов.
Вообще, разнообразные материалы, полученные благодаря левитатору, со временем могут заметно улучшить технику в самых различных областях.
Скажем, появятся новые оптические системы связи для Интернета или лазеры для выкройки металлических деталей автомобилей.
| ![]() | |
![]() |
Это как раз и открывает новым стёклышкам путь на конвейер.
Кстати, среди исследуемых на левитаторе материалов есть такой необычный их класс, как металлическое стекло.
Это металл или сплав металлов, который при комнатной температуре и в твёрдом состоянии существует в аморфной агрегатной форме (как стекло), а не в виде кристаллической решётки, которую традиционно считают едва ли не самым главным признаком металлов.
Секрет его получения в том, что сверхчистый образец охлаждается, плавая в вакууме, не касаясь стенок.
А раз нет центров кристаллизации и внешних механических возмущений, капля металла остаётся жидкостью, даже при температуре много ниже точки плавления.
Затем в какой-то момент она вдруг резко затвердевает (за доли секунды), испуская при этом вспышку света. И получается металлическое стекло.
![]() |
![]() Образцы REAl-стекла (фото с сайта msfc.nasa.gov). |
Металлические стёкла уже нашли применение в производстве ряда изделий (например, элитного спортинвентаря, вроде теннисных ракеток), но потенциал необычного материала далеко не исчерпан.
Не менее любопытно и биологически активное стекло, которое будучи введённым в организм, в конечном счёте распадается, когда его работа проделана. Микроскопические количества такого стекла, говорят в NASA, могут использоваться для обработки раковой опухоли.
Разумеется, самые интересные образцы стёкол можно создать в условиях микрогравитации в космосе. Такие опыты (на борту шаттлов) уже проводились.
Теперь Вебер планирует продолжить своё исследование, используя наземный левитатор для создания необычных сплавов и далее очищая полученный на Земле материал уже на Международной Космической Станции.
![]() |
![]() Авторы работы: Джейн Роджерс (Jan Rogers), слева, Ларри Саваж (Larry Savage), на переднем плане учёные центра Маршалла NASA; а также Ричард Вебер (Richard Weber), справа внизу, и Эприл Хиксон (April Hixson), на заднем плане исследователи из Containerless Research Inc. (фото с сайта msfc.nasa.gov). |
Электростатический левитатор как раз помогает американским учёным в этом исследовании.
Тем более, что если в первом левитаторе шарики расплава не могли быть больше трёх миллиметров (не хватало мощности поддерживающих полей), то со временем учёные построили более крупные установки
В том числе, позволяющие выпускать ограниченные партии новых материалов в виде, скажем, цилиндров диаметром сантиметр и длиной сантиметров шесть. А это уже шаг к промышленному производству "космического", левитирующего стекла на Земле.
Статья получена: Membrana.ru