2020 marca o início de uma nova década de exploração e inovação espacial, na qual as ligas contendo níquel desempenham um papel importante em muitas aplicações, incluindo a fabricação de foguetes, rodas e catalisadores.
A SpaceX, uma empresa dedicada à fabricação de equipamentos aeroespaciais e transporte espacial repetível, usa um aço inoxidável 304 (S30400) contendo níquel para fabricar naves estelares e foguetes superpesados.
O custo é menor em comparação com a fibra de carbono, que custa mais de 60 vezes mais por quilo. Também é muito mais resistente ao calor do que a fibra de carbono ou outros metais, por isso requer muito menos, ou possivelmente até mesmo, isolamento.
Enquanto isso, a NASA está explorando outra aplicação potencial para materiais contendo níquel em rodas de sonda. As rodas de borracha são impraticáveis na lua ou em Marte, então as rodas originais do rover lunar Apollo eram feitas de aço de mola, mas as rodas de aço de mola em rodas grandes e pesadas projetadas para uso em Marte se deformariam. Para resolver este problema, a NASA está desenvolvendo um pneu de malha de metal feito de liga de níquel-titânio, que tem propriedades de memória de forma e pode lidar com 30 vezes a deformação de uma roda de aço de mola.
Equipado com um motor de foguete Raptor, o SpaceX Starship é um dos primeiros Starships movidos a metano líquido e oxigênio líquido e foi projetado para durar 1,000 usos. O metano foi escolhido para fazer combustível de foguete em Marte para a viagem de volta. O metano pode ser produzido usando dióxido de carbono e hidrogênio por meio da reação de Chabatier, na qual o hidrogênio reage com o dióxido de carbono por meio de um catalisador em alta temperatura (a temperatura ideal é 300-400 graus) e alta pressão para gerar metano e água. Um desses catalisadores que pode ser usado é o níquel.
A atmosfera marciana é composta por 95% de dióxido de carbono, e a NASA confirmou a presença de água em Marte, a matéria-prima necessária para gerar metano e oxigênio para propulsores de foguetes e oxigênio para os astronautas respirarem. Materiais contendo níquel também são necessários devido à temperatura ambiente mais baixa do planeta vermelho e às baixas temperaturas necessárias para gerar metano liquefeito, hidrogênio e oxigênio.
Liga de níquel-cobre K-500 (N05500)tem excelente ductilidade a baixas temperaturas e é resistente à chama em oxigênio puro. Isso a torna a escolha preferida para uma bomba de reforço de oxigênio que fornece oxigênio para motores de foguetes.
Com sua alta resistência e tenacidade,Liga 718 (N07718)é uma liga de níquel-cromo endurecível por precipitação usada em turbojatos de aeronaves, motores de foguetes e vasos de pressão, e pode lidar com baixas temperaturas de até -250 graus. Gás liquefeito e obter impulso. Mas as propriedades da liga 718 a tornam mais difícil de usinar e moldar do que outros materiais. Os processos de fundição de investimento podem ser problemáticos porque a Liga 718 é suscetível a porosidade, segregação e tamanho de grão extremamente grosseiro, necessitando de etapas de processamento subsequentes.
Qual é a solução? A impressão 3D pode utilizar ligas à base de níquel com mais eficiência, como as ligas 718, em aplicações de alto desempenho com designs complexos.
A impressão 3D facilita o processamento da liga 718 e retém bem as propriedades do material. O processo evita soldagem e usinagem, reduzindo muito o desperdício de material. Os benefícios deste método de fabricação foram demonstrados pela impressão 3D de um protótipo de um motor de foguete de liga 718. O protótipo foi pensado inteiramente por meio de inteligência artificial e desenvolvido pela Hyperganic Software na Alemanha.
Ao contrário dos motores de foguete convencionais, que consistem em componentes projetados e montados individualmente, o protótipo impresso em 3D é um todo contínuo. Ele contém a câmara de combustão onde o combustível e o oxidante queimam e canais de superfície que circulam o combustível para resfriar a câmara de combustão e evitar o superaquecimento. O método de construção monolítico garante o peso mais leve e o resfriamento mais eficiente para o melhor desempenho de um determinado foguete. O projeto de foguete Vulcan II da Universidade da Califórnia, em San Diego, também usa impressão 3D para fabricar o motor de foguete de liga Ignus II 718. Para cada nova aplicação no futuro, o níquel ajudará a exploração espacial a ir mais longe.
