Несмотря на то, что мы живем в век технологий и перед научными исследованиями нужно нарабатывать теоретическую базу, порой, открытия в химии происходят там, где их совершенно не ожидали получить. Казалось бы, какая химическая реакция может произойти между прочным и коррозионно-стойким в агрессивных средах металлом и одноатомным спиртом, однако...

Произошло это осенью 1965 года в США во время первых испытаний орбитального корабля Аполлон 4. Как сообщает старший научный сотрудник Центра американского прогресса Лоуренс Корб в своей книге «Memories of the Apollo and Space Shuttle Programs», на испытаниях резервуаров из титанового сплава (Ti-6Al-4V), использовали жидкости, имитирующие топливо по своим физическим свойствам, не являющиеся столь взрывоопасными и не способными нанести существенный вред окружающей среде (а также из соображений экономии). Заменой гидразина выступил метанол, а вместо тетраоксида азота использовали фреон. Выбор метанола также обуславливался тем, что он используется, как чистящая жидкость для титановых конструкций и сервисный модуль при удачном испытании мог бы быть использован при запуске, т.к. при заполнении бака горючем от наличия следов метанола не возникнет проблем.

Таким образом, заполнив бак смесью под высоким давлением, начали проводить испытания на усталость материала. И в один момент, совершенно неожиданно для всех бак взрывается, уничтожая и сервисный модуль за пятнадцать миллионов долларов!

Осмотр фрагментов показал, что с металлом произошло коррозионное растрескивание под напряжением. Поначалу предположили, что в баке были следы загрязнения или в конструкции использовался некачественный сплав.

Однако, дальнейшее моделирование инцидента с использованием тех же титановых частей разорванного бака и нагретого метанола под давлением в 1МПа дало крайне необычные результаты – оказалось, что пары метанола при температуре 120 - 150 ° С способны легко реагировать с титаном с образованием метилата титана (IV).

Решение же проблемы, оказалось крайне простым – предотвратить разрушение металла позволяет влага. Даже 1% воды в метаноле значительно замедляет процесс коррозии.

Вот так случайно на испытаниях космических аппаратов открыли новую химическую реакцию. Жаль лишь то, что не нашлось применение полученному алкоголяту, а рассматривался лишь сам факт реакции металлического титана со спиртом.

В ходе дальнейших исследований на тему взаимодействия титана с органическими соединениями при высоком давлении, было также установлено, что аналогичная реакция происходит и с этиловым спиртом  – его пары также способны вызывать коррозию, однако в меньшей степени, но присутствие хлороводорода или иода увеличивает скорость разрушения титана пропорционально их концентрации.

Помимо примеси воды, защитить титановую поверхность можно предварительным окислением, поскольку пленка из диоксида титана инертна к парам спиртов даже при высоких давлениях. Более надежный, но технически сложный способ это катодная защита – электрохимический метод, при котором происходит катодная поляризация металла, осуществляемая внешним источником тока. В результате на поверхности металла протекают катодные процессы; анодные же процессы, обусловливающие коррозию, переносятся на вспомогательные электроды (анодное заземление).

В настоящее время  добавка в 5% воды к метанолу – обязательное условие для защиты коммерческого оборудования из титана, а в случае работы при высоких температурах и давлениях в агрессивных средах минимальное содержание воды в метаноле достигает 10% .

P.S. идею для поста подал @lisDA, до вчерашнего дня сам не подозревал о таком открытии 54-летней давности, но покопавшись набралось материалов для целого поста.

P.P.S. В рунете не нашел никакой информации на эту тему (видимо этот пост будет первым).

Привожу соответственно англоязычные источники (материалы от NASA и научные статьи):

https://books.google.ru/books/about/Memories_of_the_Apollo_a...

https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/196700...

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0010938X93...

https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=1570

NASA одобрило миссию SPHEREx

NASA дало зеленый свет новой астрофизической миссии SPHEREx (Spectro-Photometer for the History of the Universe, Epoch of Reionization and Ices Explorer). Ее заявка обошла проекты космических обсерваторий Arcus и FINESSE. Миссия получит финансирование в размере 242 млн долларов (без учета пусковых расходов). Аппарат будет запущен в космос в 2023 году.

https://www.nasa.gov/press-release/nasa-selects-new-mission-...

SPHEREx будет заниматься наблюдениями в ближнем инфракрасном диапазоне. Каждые шесть месяцев обсерватория будет осуществлять полную съемку всего небосвода. Это позволит создать карту звездного неба в 96 цветовых полосах, имеющую намного большее разрешение, чем существующие аналогии.

Основной целью миссии станут 350 миллионов галактик, расположенных как по соседству с Млечным путем, так и на самой окраине наблюдаемой Вселенной. Обсерватория будет измерять их красные смещения. Ожидается, что данные SPHEREx помогут астрономам лучше понять, как происходила эволюция Вселенной в эпоху реионизации 13 миллиардов лет назад.

Также телескоп займется изучением и нашей галактики. SPHEREx выполнит наблюдения 100 миллионов светил, а также регионов активного звездообразования. Орбитальная обсерватория попытается найти ответ на вопрос, насколько в Млечном пути распространены основные ингредиенты жизни: вода и органические молекулы.

В связи с постом http://pikabu.ru/story/nasa_podderzhalo_ideyu_rossiyskogo_uc...

Вячеслав ТУРЫШЕВ - выпускник физфака МГУ, ныне - ведущий научный сотрудник лаборатории реактивного движения Национального аэрокосмического агентства США (JPL, NASA) в Пасадене, Калифорния. В рамках ФЦП "Кадры" он возглавляет проект, связанный с решением задач астрометрии и навигации, который осуществляется на базе ГАИШ им. П.К.Штернберга МГУ.

Как вам удается работать на "два континента"?

Основное место моей де­ятельности, безусловно, там, но появилась возможность помочь российским коллегам, поделить­ся опытом, и я с удовольствием согласился. Мне ведь в какой-то степени повезло: в Америке я оказался в условиях, которых сегодня в России просто не су­ществует, - реальные проекты, реальный опыт и уникальный коллектив единомышленников. Я работаю в сообществе людей очень умных, талантливых, одержимых идеями освоения кос­мического пространства и ис­следования космоса. Последние достижения человечества в этой области связаны именно с JPL.

Здесь же, в России, я помо­гаю создавать коллектив моло­дых людей, которые могли бы начать что-то делать. Потому что то состояние, в котором на­ходится отечественная космиче­ская промышленность, а также космические исследования, всех нас не очень устраивает. Отсут­ствие грамотного руководства, реальных проектов, неудачи при запусках привели к тому, что в этой области существуют серьезные проблемы с подго­товкой специалистов. Если это положение сохранится, то скоро в космической отрасли просто некому будет заниматься науч­ными исследованиями и разра­ботками. Поэтому я хотел бы своим участием показать, что у молодых исследователей есть возможность развиваться и создавать что-то уникальное. Для меня это интересно, потому что здесь мои коллеги, учителя, а теперь уже и ученики. Поэто­му не важно, в какой стране я работаю в каждый конкретный момент времени, я просто ста­раюсь быть там, где чувствую себя полезным - наука-то одна.

Какова задача проекта, в чем заключается ваша работа: вы создали свою группу, рабо­таете со студентами, аспиран­тами, читаете лекции?

Во всем, что вы перечислили. У меня есть курс лекций в Мо­сковском университете, совмест­но с профессором В.Жаровым у нас сформирована группа в ГАИШ, мы довольно активно взаимодействуем с научно-тех­ническим сообществом России, есть группа единомышленников в Казани, с которой мы взаи­модействуем, группа в астрокосмическом центре ФИАН и т.д. То есть работа нашей группы востребована.

Как вы оцениваете моло­дежь, которая сотрудничает с вами, есть ли сильные ребята, насколько они увлечены?

В то время, когда учился я (это были 1980-е годы), на­верное, больше талантливой молодежи шло в науку и ин­женерные специальности. Сей­час общий уровень студентов несколько снизился, хотя среди них по-прежнему есть очень перспективные "бриллианты", с которыми интересно и обязательно нужно работать. То есть талантов в России не убавилось, но возможностей для их развития стало меньше. Надо сказать, что лет двадцать назад таких возможностей не было вообще и особенно сильный "провал" произошел на стыке тысячеле­тий. В последние 5 лет Прави­тельством РФ и Минобрнауки делаются первые робкие шаги для того, чтобы изменить ситу­ацию. Программы мегагрантов, программы возвращения или привлечения к работе в России уехавших за рубеж ученых на­чинают давать свои результаты. Было бы здорово, если бы вза­имодействия соотечественников с молодежью не привели к даль­нейшей "утечке умов". Моя за­дача - не только создать возмож­ности для применения научных знаний в России, в том числе в области космических иссле­дований. Я могу научить ребят тому, как создавать проекты, как ими управлять, как отсле­живать детали космического по­лета и управления аппаратами (я сам-то начал этим заниматься с 12 лет).

При этом количество мест в России, где они могли бы при­менить свои знания, довольно ограничено. Это достаточно серьезная проблема, которую необходимо решать не точеч­ным вливанием денег и под­держанием каких-то отдельных усилий, а с помощью специ­альной госпрограммы. Нужно суметь пройти по всей цепочке действий - от изменения отно­шения к образованию до его приложений, выполнить опре­деленные шаги, чтобы восста­новить былой уровень и дотя­нуться до того, что уже сделано нашими коллегами и партнера­ми на Западе.

Недавняя посадка марсиан­ской научной лаборатории, в которой я принимал участие, красноречивый пример того, чего мы в России делать не умеем. Эта уникальная посадка была разработана людьми, полу­чившими хорошее образование и обладающими реальными воз­можностями создания чего-то серьезного. Процессы, которые помогли в реализации такой экспедиции, понятны - на выс­шем уровне возникла ясность, что такого типа исследования нужны для различных областей науки и, конечно, для страны.

В России, к сожалению, се­годня не существует опыта соз­дания экспедиций подобного масштаба. У нас в принципе не было ни одной успешной по­садки на Марс. Мне, конечно, обидно, что накопленное пре­жде, сегодня "благополучно" потеряно, а точечные вливания, которые робкими усилиями осу­ществляет РФ, недостаточны. И пропасть между уровнем нашей аэрокосмической науки, нашего понимания и возможностей и того, что достигнуто зарубежны­ми партнерами, просто огром­на. Если мы не сделаем чего-то сегодня, мы еще больше отста­нем завтра. Это, к сожалению, очень четко прослеживается не только в космической сфере, но и в медицине, и в биотехноло­гиях.

Ваша область - особая, боль­шое значение имеет техниче­ское оснащение лабораторий, возможность участия в круп­ных международных проектах. Как, на ваш взгляд, обстоит с этим дело у нас?

Оснащение лабораторий в России далеко не адекватно тем задачам, которые стоят перед отечественной наукой. Но по­мимо оснащения готовность лаборатории к тем или иным работам определяется наличи­ем коллектива ученых, которые способны решать научные зада­чи, имеют необходимый опыт. При этом важны и оборудова­ние, и возможность общения с коллегами.

Чтобы решать задачи в об­ласти астрофизики, требуется наличие новейших технологий, которых в России нет. Лаборато­рия реактивного движения, где я работаю в Америке, как раз и нацелена на использование новых технологий. Это обеспе­чивает целый набор программ, которые поддерживают ученых.

Что касается международного опыта, то для того чтобы его получить, необходимо бывать на конференциях, участвовать на равных в работах с западными коллегами, ездить на стажиров­ки. Но для российских молодых исследователей все это - единич­ные случаи. Мобильность уче­ных и студентов в США меня просто потрясает. Она нисколь­ко не похожа на то, что есть у нас. Мы все выросли в одном университете, и это позволяет нам решать лишь какие-то узкие задачи. Мы не даем нашим сту­дентам опыта работы в между­народном коллективе. Этому не учат, хотя современная наука - это, прежде всего, коллектив­ные усилия, умение работать в команде.

По своему образованию я фи­зик-теоретик, но, оказавшись в лаборатории реактивного дви­жения, я осознал, что оставать­ся теоретиком в узкой области исследований совершенно не­достаточно для того, чтобы ак­тивно участвовать в создании экспериментов, необходимых для проверки моих теоретиче­ских моделей. Надо уметь ста­вить задачи инженерам, уметь брать на себя ответственность за судьбу проектов, разбираться в вопросах обработки данных. Такой подготовки у молодых ученых в России сейчас нет. Я смог достичь этого уровня и по­нять, как это работает, только потому, что у меня была воз­можность участвовать в практи­ческих проектах. Только так ученый растет и получает широкую квалификацию.

Подготовка космического проекта занимает не один год, чтобы пройти все этапы от момента зарождения идеи до стартового стола, потребуются 8-10 лет. И еще 4-6 лет прой­дут до завершения проекта. 16 лет - это огромный кусок ак­тивной жизни ученого. Но если он упирается в один проект и тратит на него полжизни, это неправильно. Поэтому надо дать возможность исследовате­лю работать над несколькими задачами. Это понимание во многих научных организациях отсутствует. Я, например, рабо­тал над десятком проектов - это и "Пионеры", и "Вояджеры", и "Кассини", и марсианские экс­педиции, и орбитальная экспе­диция вокруг Марса и Луны, лунная программа, космиче­ские эксперименты по поиску гравитационных волн и экзо-планет и так далее. Такого опы­та ни одна из наших организаций своему сотруднику не дает, если он, конечно, не директор, отвечающий за все элементы научных исследований в подчи­ненной ему организации. А я ведь не директор, я всего лишь один из ученых, работающих в лаборатории.

Поэтому моя главная задача в российском научно-образова­тельном проекте - создать та­кие условия, чтобы у молодежи была возможность выбора. А сейчас выбор заключается в том, что либо мы остаемся в науке и уезжаем на Запад, либо остаемся в России, но уходим в бизнес…

Что вам известно о косми­ческом кластере "Сколково", какие новые горизонты, на ваш взгляд, он открывает для аэрокосмической науки?

Формат "Сколково" перспек­тивен, потому что он позволя­ет отельным группам ученых и инженеров создавать проекты, которые могли бы быть вос­требованы в авиационно-кос­мической области. Я думаю, что работа кластера в первую очередь состоит в том, чтобы помочь коллективам ученых и инженеров найти свой выход в космическую отрасль. В послед­ние 20 лет в РАН и Роскосмосе сформировались такие научные коллективы, где в ДНК людей отсутствует "ген предпринимательства". У них нет стрем­ления реализовывать проекты коммерческого характера, нет возможности проверить себя и поверить в себя. Руководство кластера старается помочь коллективам разработчиков про­вести инвентаризацию инно­вационных идей и выбрать те из них, которые могли бы быть поддержаны инновационными грантами. Безусловно, финанси­рование, доступное кластеру, не­сравнимо с финансированием Роскосмоса. Но в то же время проводится огромная работа, чтобы мотивировать людей, осо­бенно молодежь, на создание новейшего авиационно-косми­ческого оборудования.

В Южной Калифорнии есть пустыня Мохаве, где находится "силиконовая долина" частного космоса - там десятки компа­ний. Что меня поражает - 25-лет­ние мальчишки в гаражах, "на коленках", делают ракетные дви­гатели.

Неужели прямо в гаражах, как когда-то будущие ИТ-магнаты?

Конечно. А ведь и у нас в 1930-е годы была потрясающая энергетика освоения нового. Когда смотришь, как они ста­вят свои двигатели на какие-то этажерки, которые начинают носиться по пустыне под кон­тролем программ, написанных ими же, просто дух захватывает. А затем из этих наивных раз­работок рождаются посадочные модули марсианских и лунных экспедиций, элементы кора­блей для посадки на астероиды. Все начинается именно в такие годы, когда есть возможность и желание рисковать. А уже по­том придут частные инвесторы - люди, которые помогут в реа­лизации и внедрении новейших идей.

Космический кластер, на мой взгляд, как раз и нужен для того, чтобы суметь мотивиро­вать людей на создание такой среды в России.

Какой вывод вы делаете для себя, получив опыт участия в российском проекте? Стоит ли продолжать?

Я хорошо понимаю, что мое участие позволяет не только за­ниматься научной работой по перспективной тематике, но и получить дополнительное фи­нансирование тем российским студентам, аспирантам и про­фессорам, которые заняты в проекте. До тех пор, пока мой опыт и мои знания позволят успешно привлекать грантовое финансирование на проведе­ние интересных работ, я буду участвовать в конкурсах и тем самым помогать моим коллегам - российским ученым, двигаться вперед.

Беседовала Светлана БЕЛЯЕВА

http://www.univer-rating.ru/txt.asp?rbr=56&txt=Rbr56Text...