MIT-дослідження мікро-впливу на 100 мільйонів кадрів на секунду

Інженери знають, що крихітні, надшвидкісні об'єкти можуть завдати шкоди космічним апаратам, але важко точно розібратися в тому, як відбувається пошкодження, тому що момент нападу неймовірно короткий. Нове дослідження від MIT прагне виявити процеси на роботі, які виробляють мікроскопічні кратери та отвори в матеріалах. Надія полягає в тому, що, розуміючи, як діють наслідки, ми можемо мати більше міцних матеріалів.

Випадкові космічні наслідки є не єдиним місцем, в якому ці механізми вступають у дію. Існують також промислові застосування на Землі, такі як нанесення покриттів, зміцнення металевих поверхонь та різання матеріалів. Більше розуміння мікро-впливів також може зробити ці процеси більш ефективними. Однак спостерігати за такими ударами було непросто.

Для експериментів команда МІТ використовувала олов'яні частинки діаметром 10 мікрометрів, прискореного до 1 кілометра на секунду. Вони використовували лазерну систему, щоб запустити снаряд, який миттєво випаровує поверхневий матеріал і викидає частинки, забезпечуючи постійний синхронізацію. Це важливо, тому що високошвидкісна камера, вказана на тестовій поверхні (також олово), потребує конкретних умов освітлення. У призначений час другий лазер підсвітив частинку, що дозволяє камері стежити за впливом до 100 мільйонів кадрів в секунду.

У попередніх дослідженнях мікро-впливу дослідники мали повністю покладатися на "післяматчевий" аналіз наслідків ураження. Спостерігаючи, як це розгортається в режимі реального часу та порівнюючи його з кінцевим продуктом, виявлено кілька важливих чинників. При швидкості вище певного порогу команда виявила стрижневий період танення, коли частинка потрапляє на поверхню. Це відіграє вирішальну роль у знищенні матеріалу.

Використовуючи високошвидкісні дані камери, команда розробила модель, яка може передбачити, як частинка буде взаємодіяти з поверхнею. Це може відбитись, приклеїти або збити матеріал вільним і залишити кратер, який послаблює поверхню. Це особливо важливо для промислових застосувань, оскільки здавна доведено, що більша швидкість є більш ефективною. Тепер ми знаємо, що це не завжди так.

Досі дослідження зосереджено на чистих металах, але більшість промислових і космічних застосувань спираються на сплави. Наступний порядок денний - це розширення тесту на додаткові матеріали. Аналогічно, дослідники планують пожежувати частинки на поверхні з різними кутами - ці початкові випробування були лише прямими впливами.