Pērnā gada jūlijā Eiropas Kosmosa (EK) aģentūras raķete "Ariane-6" nogādāja Visumā mākslīgos pavadoņus. Veiksmīgs raķetes starts ir arī Latvijas zinātnieku nopelns. Koksnes ķīmijas institūtā tapis unikāls materiāls, kas pasargā šīs nesējeraķetes degvielas tvertnes no kosmosā valdošās ļoti zemās temperatūras.
Viena no nopietnām problēmām, ar ko saskaras kosmisko raķešu konstruktori, ir – kā nodrošināt raķetes degvielas (sašķidrināta skābekļa un ūdeņraža) tvertņu termoizolāciju. Tā ir ļoti svarīga, jo izolācijas materiālam jāiztur kriotrieciens, kas rodas ļoti zemajās temperatūrās kosmosā un var sasniegt pat mīnus 253 grādus pēc Celsija, kā arī slodzes, kas rodas, raķetei paceļoties. Pētniekiem jārada materiāli, kas šajos apstākļos nekļūst trausli, un tas izdevies Latvijas Valsts koksnes ķīmijas institūta Polimēru laboratorijas zinātniekiem.
Viena no nopietnām problēmām, ar ko saskaras kosmisko raķešu konstruktori, ir – kā nodrošināt raķetes degvielas (sašķidrināta skābekļa un ūdeņraža) tvertņu termoizolāciju. Tā ir ļoti svarīga, jo izolācijas materiālam jāiztur kriotrieciens, kas rodas ļoti zemajās temperatūrās kosmosā un var sasniegt pat mīnus 253 grādus pēc Celsija, kā arī slodzes, kas rodas, raķetei paceļoties. Pētniekiem jārada materiāli, kas šajos apstākļos nekļūst trausli, un tas izdevies Latvijas Valsts koksnes ķīmijas institūta Polimēru laboratorijas zinātniekiem.
Foto: Ilze Kuzmina
"Ir izstrādātas specifiskas putu poliuretāna receptūras, kas kalpo tajās kriogēnajās temperatūrās, jo ļoti zemās temperatūrās visi materiāli paliek trausli, drupani. Nesējraķetēm jābūt gan kriogēnai izolācijai, gan materiālam arī jābūt ar lielu mehānisko stiprību, jo, raķetei paceļoties, ir dažādas vibrācijas slodzes un termiskās slodzes," stāstīja vadošais pētnieks, akadēmiķis Uģis Cābulis.
Institūtam ir vairāku desmitu gadu ilga pieredze krioizolācijas materiālu pētniecībā. Darbs pie raķetēs izmantotā pārklājuma aizsācies pirms 20 gadiem, kad Vācijas uzņēmumu grupa "Ariane" Latvijas pētniekus aicināja izstrādāt raķetei derīgu materiālu.
Putu poliuretāns, no kā tapis krioizolācijas materiāls, rodas, sajaucot divus komponentus: poliokomponenti un izocianātu.
Polimēru laboratorijas pētniece Laima Vēvere to paveic arī Latvijas Radio korespondentes acu priekšā. Mikserim līdzīgā iekārtā Vēvere saputo brūnganu šķidrumu: tas vienā mirklī vairākkārt palielinās apjomā, kā arī sakarst un kļūst teju balts.
Dažādi putu poliuretāna veidi ir ļoti plaši izmantoti materiāli: tā mīksto versiju kā porolonu liek mēbeļu un automobiļu sēdekļu pildījumos, bet cieto versiju izmanto gan būvniecībā, gan ledusskapjos kā siltumizolācijas materiālu, gan arī citviet. Tikmēr uz nesējraķetes virsmas šo materiālu uzsmidzina plānā kārtā, radot jērādai līdzīgu vizuālu efektu. Šo materiālu iepriekš neputo, to pūš ar īpašu pistoli, kas pievienota divām tvertnēm, kurā katra no materiāla sastāvdaļām ir atsevišķi. Viela sajaucas tikai uzpūšanas procesā.
Jāpiebilst, ka krioizolācijas materiāla ķīmiskās proporcijas, protams, ir citādas nekā, piemēram, porolonam, kura poras nav aizvērtas, tātad tas nav izolējošs.
Foto: Ilze Kuzmina
Jautāts, kā nonāca līdz raķetē izmantotajai formulai, Cābulis attrauca:
"Nu tādi mēs esam: ķīmiķi, materiāli zinātnieki. Mēs pie tā strādājam, modificējam kompozīcijas, tad formulas un aprēķini, modelēšana un pie tā nonācām!"
Bijuši daudzi testi, daudz ko nācies mainīt un izmēģināt. Viena no Eiropas Kosmosa aģentūras prasībām bijusi, lai materiāls taptu no Eiropā pieejamiem materiāliem un lai raķetes būvnieki pēc Latvijā tapušās receptes arī paši spētu pagatavot krioizolācijas materiālu. Ja Kosmosa aģentūra būvēs jaunas raķetes, arī tajās plānots izmantot Latvijā izgudroto materiālu.
Pētniekiem ir iestrādes krioizolācijas materiāla radīšanā arī no atjaunojamiem resursiem. Tomēr raķetei materiāls tapis no naftas produktiem. Tas tāpēc, ka no koka vai rapša tapušo materiālu īpašības ir svārstīgas: būvniecībā tas netraucēs, bet nesējraķetes konstrukcijā visam jābūt perfektam.
"Kosmosā jābūt superprecīzai tai receptūrai, lai būtu tas efekts, ka nerodas defekti lidojuma laikā," piebilda Cābulis.
Institūtā materiālu var notestēt tikai aptuveni mīnus 170 grādos. Tāpēc pēdējie tā testi notika Eiropas Kosmosa aģentūras laboratorijās.
Koksnes ķīmijas institūta pētnieku veikums kriogēnās izolācijas materiāla izstrādē atzīts par vienu no 2024. gada Latvijas zinātnes sasniegumiem.
Tikmēr pētnieki turpina pētīt putu poliuretānu gan, lai uzlabotu tā īpašības, gan arī meklējot veidus, kā to gatavot no atjaunojamiem resursiem. Cābulis atzina, ka krioizolācijas materiāli nākotnē būs ļoti pieprasīti. Piemēram, pārvadājot sašķidrināto gāzi un ūdeņradi, tvertnēm, kur šīs vielas pilda, arī vajag krioizolāciju.
