science
Un nouvel alliage choque les scientifiques par sa résistance et sa dureté presque impossibles
Carte de la structure cristalline de l'alliage obtenue à partir de la diffraction par rétrodiffusion des électrons au microscope électronique à balayage. Chaque couleur représente une partie du cristal où la structure répétitive change d'orientation 3D. Crédit : Laboratoire de Berkeley
Des chercheurs ont découvert un minéral inhabituel Alliage Il ne se fissurera pas à des températures extrêmes en raison de la flexion ou de la flexion des cristaux de l'alliage au niveau atomique.
Un alliage métallique composé de niobium, de tantale, de titane et de hafnium a choqué les scientifiques des matériaux par sa résistance et sa ténacité étonnantes à des températures extrêmement chaudes et froides, une combinaison de propriétés qui semblaient jusqu'à présent presque impossibles à obtenir. Dans ce contexte, la résistance est définie comme la quantité de force qu'un matériau peut supporter avant d'être déformé de manière permanente par rapport à sa forme d'origine, et la ténacité est sa résistance à la rupture (fissuration). La résilience de l'alliage à la flexion et à la rupture dans un large éventail de conditions pourrait ouvrir la porte à une nouvelle classe de matériaux pour les moteurs de nouvelle génération, capables de fonctionner plus efficacement.
L'équipe, dirigée par Robert Ritchie du Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Laboratory) et de l'UC Berkeley, en collaboration avec des groupes dirigés par les professeurs Deran Apelian de l'UC Irvine et Enrique Lavernia de la Texas A&M University, a découvert puis découvert les propriétés étonnantes de l'alliage. . Comment résultent-ils des interactions dans la structure atomique ? Leurs travaux ont été décrits dans une étude récemment publiée dans la revue les sciences.
« L'efficacité de la conversion de la chaleur en électricité ou en propulsion est déterminée par la température à laquelle le carburant est brûlé : plus il est chaud, mieux c'est. Cependant, la température de fonctionnement est limitée par les matériaux structurels auxquels il doit résister. » Nous avons épuisé la possibilité d’améliorer les matériaux que nous utilisons actuellement à haute température, et il existe un grand besoin de nouveaux matériaux métalliques. C’est ce que promet cet alliage.
L'alliage dans cette étude appartient à une nouvelle classe de métaux connus sous le nom d'alliages résistants aux températures élevées ou moyennes (RHEA/RMEA). La plupart des métaux que nous voyons dans les applications commerciales ou industrielles sont des alliages constitués d'un métal parent mélangé à de petites quantités d'autres éléments, mais les RHEA et les RMEA sont fabriqués en mélangeant des quantités presque égales d'éléments métalliques avec des températures de fusion très élevées, ce qui leur confère des propriétés encore uniques. . Les scientifiques le découvrent. Le groupe de Ritchie étudie ces alliages depuis plusieurs années en raison de leur potentiel pour les applications à haute température.
Cette carte de structure du matériau montre des bandes de réseau qui se forment près du fond de fissure lorsque les fissures se propagent (de gauche à droite) dans l'alliage à 25°C, température ambiante. Réalisé à l'aide d'un détecteur de diffraction de rétrodiffusion d'électrons dans un microscope électronique à balayage. Crédit : Laboratoire de Berkeley
« Notre équipe a déjà effectué des travaux sur les RHEA et les RMEA et a découvert que ces matériaux sont très résistants, mais ont généralement une très faible ténacité à la rupture, c'est pourquoi nous avons été choqués lorsque cet alliage a montré une ténacité exceptionnellement élevée », a déclaré le co-auteur. Puneet Kumar, chercheur postdoctoral du groupe.
Selon Cook, la plupart des RMEA ont une ténacité inférieure à 10 MPa, ce qui en fait l'un des métaux les plus fragiles de tous. Les meilleurs aciers cryogéniques, spécialement conçus pour résister à la casse, sont environ 20 fois plus résistants que ces matériaux. Cependant, le niobium, le tantale, le titane et le hafnium (Nb45Ta25T15Haute fréquence15) L'alliage RMEA était capable de surpasser même l'acier cryogénique, enregistrant des performances plus de 25 fois supérieures à celles du RMEA typique à température ambiante.
Mais les moteurs ne fonctionnent pas à température ambiante. Les scientifiques ont évalué la résistance et la durabilité à cinq températures totales : -196°C (température de l'azote liquide), 25°C (température ambiante), 800°C, 950°C et 1 200°C. Cette dernière température est environ 1/5 de la température de la surface du Soleil.
L’équipe a découvert que l’alliage présente sa plus grande résistance au froid et s’affaiblit légèrement à mesure que la température augmente, mais présente toujours des chiffres impressionnants sur une large plage. La ténacité à la rupture, calculée à partir de la force nécessaire pour propager une fissure existante dans un matériau, était élevée à toutes les températures.
Révéler les arrangements atomiques
Presque tous les alliages métalliques sont cristallins, ce qui signifie que les atomes contenus dans le matériau sont disposés en unités répétitives. Cependant, aucun cristal n’est parfait, ils contiennent tous des imperfections. Le défaut le plus important qui se déplace est appelé dislocation, c'est-à-dire un plan imparfait d'atomes dans le cristal. Lorsqu’une force est appliquée au métal, plusieurs dislocations se déplacent pour s’adapter au changement de forme.
Par exemple, lorsque vous pliez un trombone en aluminium, le mouvement des dislocations à l’intérieur du trombone s’adapte au changement de forme. Cependant, le mouvement des dislocations devient plus difficile à basse température et, par conséquent, de nombreux matériaux deviennent cassants à basse température car les dislocations ne peuvent pas bouger. C'est pourquoi la coque en acier du Titanic s'est brisée lorsqu'elle a heurté un iceberg. Les éléments à haute température de fusion et leurs alliages poussent cela à l'extrême, nombre d'entre eux restant cassants même jusqu'à 800°C. Cependant, cette RMEA va à l’encontre de la tendance, en résistant aux interruptions même à des températures aussi basses que l’azote liquide (-196°C).
Cette carte montre les bandes de réseau formées près du fond de fissure lors d'un test de propagation de fissure (de gauche à droite) dans l'alliage à -196°C. Crédit : Laboratoire de Berkeley
Pour comprendre ce qui se passait à l'intérieur du métal exquis, le co-chercheur Andrew Minor et son équipe ont analysé les échantillons soumis à des contraintes, ainsi que des échantillons témoins non pliés et non fissurés, à l'aide d'un microscope électronique à balayage tridimensionnel (4D-STEM) et d'un microscope électronique à balayage ( STEM) au Centre national de microscopie électronique, qui fait partie de la fonderie moléculaire du Berkeley Lab.
Les données du microscope électronique ont révélé que la dureté inhabituelle de l'alliage provient d'un effet secondaire inattendu d'un défaut rare appelé bande pliée. Des bandes de nœuds se forment dans un cristal lorsqu'une force appliquée provoque l'effondrement soudain des segments du cristal sur eux-mêmes et leur courbure. La direction dans laquelle le cristal se courbe dans ces brins augmente la force ressentie par les dislocations, les rendant ainsi plus faciles à déplacer. Au niveau de la masse, ce phénomène provoque un ramollissement du matériau (ce qui signifie que moins de force doit être appliquée sur le matériau lors de sa déformation). L'équipe savait, grâce à des recherches antérieures, que des bandes de nœuds se formaient facilement dans le RMEA, mais ils ont émis l'hypothèse que l'effet adoucissant rendrait le matériau moins rigide en facilitant la propagation des fissures à travers le réseau. Mais en réalité, ce n’est pas le cas.
« Nous avons montré, pour la première fois, que dans le cas d'une fissure brutale entre des atomes, les bandes de torsion résistent réellement à la propagation des fissures en répartissant les dommages loin d'elles, empêchant ainsi la fracture et entraînant une ténacité inhabituellement élevée », a déclaré Cook.
N.-B.45Ta25T15Haute fréquence15 Les alliages devront subir des recherches plus fondamentales et des tests techniques avant de réaliser quelque chose comme une turbine à réaction ou EspaceX La tuyère de la fusée en est fabriquée, a déclaré Ritchie, car les ingénieurs en mécanique doivent vraiment comprendre en profondeur les performances de leurs matériaux avant de les utiliser dans le monde réel. Cependant, cette étude suggère que le métal a le potentiel pour construire les moteurs du futur.
Référence : « Les bandes pliées améliorent la résistance exceptionnelle à la rupture dans l'alliage réfractaire à entropie moyenne NbTaTiHf » par David H. Cook, Punit Kumar, Madelyn I. Payne, Calvin H. Belcher, Pedro Borges, Wenqing Wang, Flynn Walsh, Zehao Li, Arun Devaraj , Mingwei Zhang, Mark Asta, Andrew M. Minor, Enrique J. Lavernia, Deran Abelian et Robert O. Richie, 11 avril 2024, les sciences.
est ce que je: 10.1126/science.adn2428
Cette recherche a été menée par David H. Cook, Puneet Kumar et Madeleine I. Payne et Calvin H. Belcher, Pedro Borges, Wenqing Wang, Flynn Walsh, Zihao Li, Arun Devaraj, Mingwei Zhang, Mark Asta, Andrew M. Minor et Enrique. J. Lavernia, Deran Abelian et Robert O. Ritchie, des scientifiques du Berkeley Lab, de l'UC Berkeley, du Pacific Northwest National Laboratory et de l'UC Irvine, avec un financement du Bureau des sciences du ministère de l'Énergie. L'analyse expérimentale et informatique a été réalisée à la Fonderie Moléculaire et au Centre Informatique Scientifique National de Recherche Énergétique, deux installations utilisatrices du Bureau des Sciences du Département de l'Énergie.
29 août 2024
Le chef du commandement spatial américain espère que la prochaine fois que la Chine lancera un missile laissant derrière elle des débris spatiaux de longue durée, Pékin avertira Washington à l’avance, plutôt que de laisser les États-Unis découvrir par eux-mêmes le chaos orbital.
Parlez dans L’efficacité du Mitchell Institute for Aerospace Studies Lors d’une réunion à la base spatiale Peterson, au Colorado, le 28 août, le général Stephen N. Whiting a souligné deux incidents récents impliquant des débris spatiaux chinois comme étant une source de préoccupation et la nécessité d’améliorer la communication à l’avenir.
« Nous venons de voir le lancement de leur version de Constellation du soleil « Cela a laissé plus de 300 débris en orbite – une fusée Longue Marche 6A », a déclaré Whiting. « Il y a moins de deux ans, ils avaient une autre fusée, qui a mis plus de 500 débris à longue durée de vie… J’espère que la prochaine fois. que « Dans un missile comme celui-ci, il laisse beaucoup de débris. Ce ne sont pas nos capteurs qui détectent cela en premier, mais nous obtenons des communications qui nous aident à comprendre cela, tout comme nous communiquons avec les autres. »
L’incident le plus récent impliquant une fusée Longue Marche 6A s’est produit au début du mois, lorsque le lanceur transportait les 18 premiers satellites d’une constellation de communications prévue pour rivaliser avec Starlink. La fusée s’est brisée en orbite terrestre basse (LEO) quelques jours plus tard, répandant des débris et suscitant des inquiétudes parmi les experts. La société privée de suivi spatial a rapporté que la désintégration pourrait produire plus de 10… 900 épaves shrapnel.
Whiting a noté que les débris provenaient de l’étage supérieur de la fusée après le lancement des satellites, indiquant que la mission était « généralement réussie ». Cependant, à des altitudes plus élevées, les débris resteront en orbite plus longtemps.
« Nous ne voulons certainement pas voir ce genre de débris », a ajouté Whiting.
Les débris se trouvent généralement sur des orbites inférieures à 600 km (373 miles). Il revient sur Terre après quelques annéesÀ une altitude de 800 km, sa décomposition peut prendre des siècles. Avec de plus en plus de satellites en orbite terrestre basse et des débris persistants provenant de lancements peu judicieux, La probabilité de collisions continue d’augmenter.
Selon le général à la retraite Kevin Shelton, directeur du Centre d’excellence sur l’énergie spatiale du Mitchell Institute, les États-Unis ont déjà eu des problèmes similaires avec des débris à haute altitude, mais ont commencé à évacuer le carburant et les gaz des étages de fusée avant d’entrer en orbite. Cette pratique réduisait les débris et le risque de désintégration, et la Russie l’adopta peu après. Whiting a déclaré qu’on ne savait pas actuellement si la Chine utilisait cette méthode.
« Depuis des décennies, les États-Unis s’intéressent tellement à l’espace que nous avons mis la grande majorité de nos données de suivi à la disposition du monde entier », a déclaré Whiting. « Chaque jour, nous analysons tous les satellites actifs à la recherche de tous ces débris, et nous en informons tout le monde, y compris les Chinois et les Russes… parce que nous ne voulons pas que les satellites heurtent des débris et laissent derrière eux d’autres débris. »
Le développement rapide des capacités spatiales et l’augmentation significative des déploiements de satellites par la Chine et la Russie restent une préoccupation majeure quant à la manière dont les États-Unis abordent le domaine spatial. Chef adjoint des opérations spatiales, le général Michael A. Gotlin a souligné que les récentes mesures prises par ces pays prouvent leur intention d’opérer de manière dangereuse dans ce domaine.
« Ils créent beaucoup de débris et d’orbites que nous devons contourner, ou ils mettent en danger des choses comme la Station spatiale internationale », a déclaré Gotlin lors du Sommet AFCEA/INSA sur le renseignement et la sécurité nationale à Rockville, Maryland, le 28 août. Il a ajouté : « Ils ne se soucient même pas de la sécurité des astronautes. Si ce n’est pas dangereux et non professionnel, je ne sais pas ce que c’est. »
En novembre 2021, la Russie a procédé à un test de missile antisatellite, aboutissant à la création d’un Grande quantité de débris En orbite terrestre basse, ce qui présente un danger pour la Station spatiale internationale et incite l’équipage à prendre des mesures de précaution. En outre, Moscou a également été témoin Une série de fuites de liquide de refroidissement Ces dernières années, la Chine a lancé son propre vaisseau spatial. Même s’il n’y a pas de négociations prévues avec la Russie sur le développement spatial, les espoirs sont grands d’une communication plus active avec Pékin sur les alertes spatiales.
« Nous donnons ces avis aux Chinois, et au cours de l’année dernière, nous avons vu à plusieurs reprises qu’ils nous ont donné quelques avis en retour, et je pense que c’est une chose positive. Nous n’avons aucune discussion. prévu avec la Russie », a déclaré Whiting.
science
À la recherche de pierres précieuses : caractérisation de six planètes géantes en orbite autour de naines froides
Données d’imagerie à contraste élevé pour toutes les cibles. Dans chaque panneau, nous montrons la limite de contraste de 5σ atteinte en fonction de la séparation angulaire de l’étoile hôte pour chaque ensemble de données à contraste élevé. Nous traçons également des cachets postaux de 1,4″ × 1,4″ d’images NESSI reconstruites en bande z (encadré à droite dans chaque panneau) pour toutes les cibles et des images AO (encarts à gauche) pour TOI-5414, TOI-5616, TOI-5634A et TOI-6034. — astro-ph.EP
Les exoplanètes géantes transitant autour d’étoiles naines de type M (GEMS) sont rares, en raison de la faible masse de leurs étoiles hôtes. Cependant, la couverture de l’ensemble du ciel par TESS a permis d’en détecter un nombre croissant pour permettre des enquêtes statistiques telles que le GEMS Search Survey.
Dans le cadre de cet effort, nous décrivons les observations de six planètes géantes en transit, qui incluent des mesures de masse précises pour deux GEMS (K2-419Ab, TOI-6034b) et une validation statistique de quatre systèmes, qui incluent une vérification et des limites de masse supérieures pour trois d’entre elles. (TOI-5218b, TOI-6034b). 5616b, TOI-5634Ab), tandis que le quatrième système – TOI-5414b – est classé comme « planète potentielle ».
Nos observations incluent les vitesses radiales du Habitable Zone Planet Finder sur le télescope Hobby-Eberly et de l’observatoire Maroon-X sur Gemini-North, ainsi que la photométrie et l’imagerie à contraste élevé provenant de plusieurs installations au sol. En plus de la photométrie TESS, K2-419Ab a également été observé et validé statistiquement dans le cadre de la mission K2 au cours des campagnes 5 et 18, qui fournit des contraintes orbitales et planétaires précises malgré la faible luminosité de l’étoile hôte et la longue période orbitale d’environ 20,4 jours.
Avec une température d’équilibre de seulement 380 K, K2-419Ab est l’une des planètes en transit les plus froides et les mieux caractérisées connues. TOI-6034 a un compagnon tardif de type F à environ 40 secondes d’arc, ce qui en fait la première étoile hôte GEMS à avoir un ancien compagnon binaire sur la séquence principale. Ces confirmations s’ajoutent au petit échantillon existant de planètes en transit GEMS confirmées.
Shubham Kanodia, Arvind F. Gupta, Caleb I. Canas, Lea Marta Bernabo, Varghese Reggie, T. Hahn, Madison Brady, Andreas Seyfart, William D. Cochrane, Nydia Morrell, Ritvik Basant, Jacob Bean et Chad F. Bender, Zoé L. De Bors, Alison Perella, Alexina Birkholz, Nina Brown, Franklin Chapman, David R. Ciardi, Catherine A. Clark, Ethan J. Cotter, Scott A. Diddams, Samuel Halverson, Susan Hawley, Leslie Hebb, Ray Holcomb, Steve B. Howell, Henry A. Kobolnicki, Adam F. Kowalski, Alexander Larsen, Jessica Libby Roberts, Andrea S. J. Lin, Michael B. Lund, Raphael Locke, Andrew Munson, Joe B. Ninan, Brooke A. Parker, Nishka Patel, Michael Rudrak, Gabrielle Ross, Arpita Roy, Christian Schwab, Jomundur Stefansson, Aubrey Thoms, Andrew Vanderberg
Commentaires : Accepté dans AJ
Sujets : Astrophysique terrestre et planétaire (astro-ph.EP)
Citer ce qui suit : arXiv:2408.14694 [astro-ph.EP] (ou arXiv :2408.14694v1 [astro-ph.EP] (pour cette version)
https://doi.org/10.48550/arXiv.2408.14694
Concentrez-vous pour en savoir plus
Date de publication
De : Shubham Kanodia
[v1] Lundi 26 août 2024, 23:47:24 UTC (5 169 Ko)
https://arxiv.org/abs/2408.14694
Astrobiologie
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La Federal Aviation Administration des États-Unis a immobilisé les fusées Falcon 9 de SpaceX dans l’attente d’une enquête sur un rare accident d’atterrissage au large des côtes.
La Federal Aviation Administration a immobilisé les fusées Falcon 9 de SpaceX en attendant une enquête visant à déterminer pourquoi le propulseur du premier étage s’est arrêté. Collision avec un bateau de débarquement tôt mercredi après avoir contribué au lancement d’un autre lot de satellites Internet Starlink.
après Se lever Après avoir reporté mardi soir le lancement du vaisseau spatial avec équipage Polaris Dawn en raison de prévisions météorologiques à long terme défavorables, SpaceX a continué à travailler sur le premier des lancements consécutifs de satellites Starlink, un depuis la Floride et un depuis la Californie.
Mais le deuxième vol a été annulé après que le premier étage utilisé lors du lancement en Floride s’est brisé et est tombé dans l’océan Atlantique alors qu’il tentait d’atterrir sur un drone SpaceX stationné à des centaines de kilomètres au nord-est de Cap Canaveral.
EspaceX
La FAA a déclaré qu’elle ordonnerait une enquête, immobilisant efficacement les fusées Falcon 9 de SpaceX – y compris la fusée Polaris Dawn – jusqu’à ce que l’enquête soit terminée et que les mesures correctives soient approuvées.
« Le retour en vol de la fusée Falcon 9 dépend de la détermination par la FAA que tout système, processus ou procédure lié à l’anomalie n’a pas d’impact sur la sécurité publique », a déclaré la FAA dans un communiqué.
« En outre, SpaceX devra peut-être demander et obtenir l’approbation de la FAA pour modifier sa licence qui inclut des actions correctives et satisfaire à toutes les autres exigences de licence », a ajouté l’agence.
Mardi soir, SpaceX a reporté un lancement prévu mercredi Mission Aube PolarisLe lancement d’un vol commercial comprenant la première sortie dans l’espace par une organisation non gouvernementale a été reporté à vendredi au plus tôt en raison des conditions météorologiques attendues à la fin de la mission. Le lancement a été suspendu indéfiniment dans l’attente d’une enquête sur l’accident à l’atterrissage.
L’échec de l’atterrissage a mis fin à une séquence de 267 récupérations consécutives réussies de boosters remontant à février 2021. Cependant, le deuxième étage de la fusée Falcon 9 a réussi à transporter 21 satellites Starlink sur leur orbite prévue.
L’atterrissage du premier étage semblait normal jusqu’au moment de l’atterrissage, lorsque plus de flammes que d’habitude sont apparues autour de la base de la fusée à l’approche du pont de la fusée. L’une des jambes d’atterrissage s’est effondrée immédiatement après l’atterrissage et la fusée d’appoint, masquée par le feu et la fumée, s’est renversée par-dessus le côté de la péniche de débarquement dans l’océan Atlantique.
EspaceX
EspaceX
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« Après une ascension réussie, le premier étage d’une fusée Falcon 9 s’est retourné après son atterrissage sur le vaisseau spatial sans pilote ‘Zero Gravity' », SpaceX Il a dit sur les réseaux sociaux« Les équipes évaluent les données de vol et l’état du missile. »
Il s’agissait du 23e premier étage de la fusée B1062, qui s’est avéré être son dernier lancement et atterrissage, un nouveau record de réutilisabilité. SpaceX autorise les premiers étages de la fusée Falcon 9 pour un maximum de 40 vols par étage.
Peu de temps après le déploiement des satellites Starlink en Floride, la société a annulé le lancement en Californie, qui était prévu à 5 h 58 HAE, pour donner aux ingénieurs plus de temps pour examiner la télémétrie et les séquences vidéo, à la recherche de tout signe de problème. affecter d’autres missiles.
« Retrait de notre deuxième lancement @Starlink la nuit pour donner à l’équipe le temps d’examiner les données d’atterrissage du booster du lancement précédent », a déclaré SpaceX. Il a dit« Une nouvelle date de lancement cible sera partagée une fois disponible. »
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