2020 marca el comienzo de una nueva década de exploración espacial e innovación, en la que las aleaciones que contienen níquel juegan un papel importante en muchas aplicaciones, incluida la fabricación de cohetes, ruedas y catalizadores.
SpaceX, una empresa dedicada a la fabricación de equipos aeroespaciales y el transporte espacial repetible, utiliza acero inoxidable 304 (S30400) que contiene níquel para fabricar Starships y cohetes superpesados.
El costo es menor en comparación con la fibra de carbono, que cuesta más de 60 veces más por kilogramo. También es mucho más resistente al calor que la fibra de carbono u otros metales, por lo que requiere mucho menos, o posiblemente incluso, aislamiento.
Mientras tanto, la NASA está explorando otra aplicación potencial para los materiales que contienen níquel en las ruedas de sonda. Las ruedas de goma no son prácticas en la Luna o Marte, por lo que las ruedas originales del rover lunar Apolo estaban hechas de acero para resortes, pero las ruedas de acero para resortes en ruedas grandes y pesadas diseñadas para usar en Marte se deformarían. Para resolver este problema, la NASA está desarrollando un neumático de malla metálica hecho de una aleación de níquel-titanio, que tiene propiedades de memoria de forma y puede hacer frente a 30 veces la deformación de una rueda de acero para muelles.
Equipado con un motor de cohete Raptor, SpaceX Starship es uno de los primeros Starships impulsados por metano líquido y oxígeno líquido y está diseñado para durar 1,000 usos. El metano fue elegido para hacer combustible para cohetes en Marte para el viaje de regreso. El metano se puede producir utilizando dióxido de carbono e hidrógeno a través de la reacción de Chabatier, en la que el hidrógeno reacciona con el dióxido de carbono a través de un catalizador a alta temperatura (la temperatura óptima es de 300-400 grados) y alta presión para generar metano y agua. Uno de tales catalizadores que se puede utilizar es el níquel.
La atmósfera marciana es 95 por ciento de dióxido de carbono, y la NASA ha confirmado la presencia de agua en Marte, las materias primas necesarias para generar metano y oxígeno para los propulsores de cohetes y oxígeno para que respiren los astronautas. Los materiales que contienen níquel también son requeridos por la temperatura ambiente más baja del planeta rojo y las bajas temperaturas requeridas para generar metano licuado, hidrógeno y oxígeno.
Aleación de níquel-cobre K-500 (N05500)tiene una excelente ductilidad a bajas temperaturas y es resistente a las llamas en oxígeno puro. Esto la convierte en la opción preferida para una bomba de refuerzo de oxígeno que suministra oxígeno a los motores de cohetes.
Con su alta resistencia y dureza,Aleación 718 (N07718)es una aleación de níquel-cromo endurecible por precipitación que se utiliza en turborreactores de aeronaves, motores de cohetes y recipientes a presión, y puede manejar bajas temperaturas de hasta -250 grados Licuar gas y lograr impulso. Pero las propiedades de la aleación 718 hacen que sea más difícil de mecanizar y moldear que otros materiales. Los procesos de fundición de inversión pueden ser problemáticos porque la aleación 718 es susceptible a la porosidad, la segregación y el tamaño de grano extremadamente grueso, lo que requiere pasos de procesamiento posteriores.
¿Cuál es la solución? La impresión 3D puede utilizar de manera más eficiente las aleaciones a base de níquel, como las aleaciones 718, en aplicaciones de alto rendimiento con diseños complejos.
La impresión 3D facilita el procesamiento de la aleación 718 y conserva bien las propiedades del material. El proceso evita la soldadura y el mecanizado, lo que reduce en gran medida el desperdicio de material. Los beneficios de este método de fabricación se demostraron mediante la impresión en 3D de un prototipo de un motor de cohete de aleación 718. El prototipo fue diseñado íntegramente a través de inteligencia artificial y desarrollado por Hyperganic Software en Alemania.
A diferencia de los motores de cohetes convencionales, que consisten en componentes diseñados y ensamblados individualmente, el prototipo impreso en 3D es un todo continuo. Contiene la cámara de combustión donde se queman el combustible y el oxidante, y los canales superficiales por los que circula el combustible para enfriar la cámara de combustión y evitar el sobrecalentamiento. El método de construcción monolítica garantiza el peso más ligero y la refrigeración más eficiente para el mejor rendimiento de un cohete determinado. El proyecto del cohete Vulcan II de la Universidad de California en San Diego también utiliza la impresión 3D para fabricar el motor de cohete de aleación Ignus II 718. Para cada nueva aplicación en el futuro, el níquel ayudará a que la exploración espacial vaya más allá.
