Некомпланарный переход - металлургия в космосе - проблемы и преимущества.

Проблема в том, что архитектура станции "Невьянск-1" в первую очередь будет определятся процессом переработки руды в металлические изделия в открытом космосе.

Изготовление металлических изделий в космосе из металла, добытого в космосе - тема интересная, особенно сейчас, когда активизировались проекты постоянных обитаемых станций вдали (пусть и относительной) от Земли. Но детальный материал по этой теме найти не так уж и просто, во всяком случае, если не заниматься поиском в режиме 24 на 7.

Что получилось найти довольно просто:

Во-первых, металл в космосе уже плавили, и выглядело это, например, вот так (эксперимент ЕКА на МКС):

Здесь всё выглядит красиво - методом индукционного нагрева перевели кусочек меди в жидкое состояние и в шарообразную форму (что обычно для жидкости в условиях невесомости) и удерживают на месте с помощью магнитных полей. Энергозатраты на такую красоту - полтора киловатта.

Есть и проекты плавки металлов без затрат электроэнергии на индукционный нагрев, например, вот такая иллюстрация есть в статье за авторством В. Масленникова в журнале "Наука и жизнь":

В той же статье Масленникова говорится, что нужну форму металлу можно придавать с помощью магнитных полей, но мне кажется, в данном случае автор слабо представлял себе, о чём писал.

Очень интересная работа по теме есть, как всегда, советская, за авторством С. Д. Гришина, Л.В. Лескова и В. В.Савичева "Космические технологии и производство".

Если говорить о космической металлургии в общем смысле, то у неё выделяют ряд особенностей, которые выгодно отличают её от металлургии земной:

- Отсутствие лишних окислений, если производить плавку в вакууме;

- Отсутствие лишних примесей, так как такая плавка будет бестиглевая;

- Отсутствие гравитационной конвекции, что позволит получать более однородные структуры. Это очень хорошо для создания композиционных сплавов, в составе которых есть структуры, заметно отличающиеся друг от друга по плотности. Более того, без конвекции можно будет получать пенный металл, то есть с пузырьками воздуха внутри. А в статье того же Масленникова вообще предлагалось выдувать пузыри из жидкого металла так же, как стеклодувы сейчас выдувают стекло. Только эти пузыри из металла могут быть размером с обитаемый модуль для космической станции, например.

Хотя последний пункт - сложный момент, потому что, например, в советком эксперименте по плавке сплава Вуда (висмут, свинец, олово и кадмий) ещё на станции Салют металл внутри капель разделялся на фракции, и сплав как раз переставал быть однородным. Возможно, это происходило из-за вращения капли расплава вокруг собственной оси, в результате чего разные по плотности металлы внутри неё расслаивались под действием центробежных сил.  Кроме того, отсутствие гравитационной конвекции в данном случае, вероятно, начинало играть негативную роль, и разные компоненты сплава затрведевали при разной температуре. В любом случае, бесконтейнерная кристаллизация сплавов сопровождалась множеством дефектов, и хорошие результаты экспериментов, то есть, материалы, превосходящие по целевым показателям аналоги, изготовленные в земных условиях, получались при охлаждении сплавов в кварцевых капсулах, при этом специальными поршнями из расплавов выдавливали пустоты.

Так или иначе, общее впечатление у меня сложилось такое, что космическая металлургия будет совсем отличной от земной как по методам плавки металла, так и по свойствам материалов, которые можно будет получать. 

Ну и пока наиболее интуитивно-понятной выглядит индукционная плавка, хотя и она рождает ряд вопросов. И на выходе такая плавка должна давать не традиционные отливки, а сырьё для 3Д-печати: порошки и проволоки. Кстати, у китайев получлось напечатать что-то металлические как раз из проволоки на 3Д-принтере, который находился на космическом аппарате и управлялся с Земли удалённо.