Компания SpaceX активно работает над сверхтяжелой ракетой-носителем Starship (ранее она называлась BFR). Именно этот космический транспортник сможет обеспечить доставку грузов на Луну и Марс, что позволит человеку начать активнее осваивать космос. По мнению инженеров SpaceX лучшим материалом для создания такой ракеты является нержавеющая сталь. Не алюминий или углеродное волокно, а сталь.
На днях Илон Маск объяснил, почему это так. Основная причина — то, что построить корпус ракеты с использованием нержавеющей стали гораздо проще, чем из алюминия, углеродного волокна и прочих материалов. Да, корпус из карбоновой нити и алюминия будет много легче стального. Но разработка в этом случае затянется, а ведь Маск хочет реализовать свои планы как можно быстрее.
Кроме того, у стали есть и другие преимущества. Так, она значительно дешевле современных «космических» материалов. К примеру, один килограмм углеродного волокна стоит около $135. При создании корпуса ракеты весь объем этого материала не получится использовать в силу специфических его свойств. Около 35% карбона — это брак. Поэтому условная стоимость его увеличивается до $200 за 1 кг. А вот килограмм листовой стали обходится всего в $3, и производят нержавейку многие предприятия, дефицитом она станет очень нескоро.
Кроме того, нержавеющая сталь (специализированный сплав) лучше выносит перепады температур. Она устойчива к внешним факторам, а для конструкторов важно, чтобы в материале не образовывались микротрещины, которые могут привести к критическим поломкам, которые недопустимы. Более того, специальные сорта стали с добавлением хрома и никеля устойчивы к сверхнизким температурам. Топливо для ракет имеет чрезвычайно низкую температуру, так что материал баков должен выдерживать ее.
Если обычную сталь охладить жидким азотом, а затем ударить молотком — она разобьется, как стекло. Такое поведение материала бака недопустимо для космической промышленности. И нержавеющая сталь с добавлением хрома и никеля — выход из положения. Она не подвержена разрушительному влиянию сверхнизкой температуры. Еще она устойчива к вибрациям и перегрузкам. Обычная сталь при условиях эксплуатации космического транспорта может дать трещину, которую потом уже никак не починить. Хромоникелевые сплавы не так хрупки, как другие сорта стали.
Также нержавеющая сталь поможет создать многоразовый тепловой экран. Маск планирует заменить жаропрочные плитки, которые применяются сейчас для защиты корпуса космических кораблей на двухслойный стальной «бутерброд». Корпус будет состоять из двух слоев стали, между ними — обычный воздух. Для защиты корабля от высокой температуры в пространство между слоями будут впрыскивать воду. В случае использования карбона будет не два слоя, а от 60 до 120 слоев.
Сталь без проблем справится с температурой в 800 градусов Цельсия, чем не могут похвастаться алюминий и карбон. Последний начинает деформироваться уже при температуре в 150 градусов Цельсия. Алюминий плавится при 660 градусах. Таким образом, корабль будет отлично защищен от многих факторов, которые угрожают критическими сбоями современным ракетам из алюминия и карбона. Благодаря этому теплозащитный экран может быть гораздо более легким, а еще — более дешевым, чем карбоновый или алюминиевый.
К слову, именно нержавеющую сталь пытались применить инженеры НАСА при создании «Атласа». Затем они отказались от этой идеи, поскольку не смогли создать сплав с требуемыми качествами. Но сейчас металлургия гораздо совершеннее того, что имели инженеры середины прошлого века, так что Илон Маск уверен в успехе.
По словам предпринимателя, SpaceX будет применять сталь 301 марки. Да, это звучит странно в космическую эпоху, но главное здесь — практичность и эффективность. Сталь 301 марки часто используется для создания труб, устойчивых к агрессивным средам. Сопротивление негативным внешним факторам — ценное свойство, которое необходимо космической промышленности.
У SpaceX, по словам Илона Маска, есть собственная команда специалистов-материаловедов. Именно они пришли к выводу, что на данном этапе лучшим вариантом будет 301 марка стали. Позже, возможно, будет использоваться иной сплав.
