Предприниматель-миллиардер Илон Маск строит ракеты для того чтобы доставлять людей на Марс и в другие отдаленные места космоса из нержавеющей стали, а не из углеродного волокна, как предполагали некоторые исследователи ранее.
SpaceX делает огромные ракеты из нержавеющей стали. Это первый раз, когда этот материал был использован в строительстве космических ракет после некоторых ранних неудачных попыток во время программы Атлас еще в конце 1950-х годов. Тогда недостатком было то, что сталь использовалась настолько тонкая, что детали могли разрушаться под собственным весом.
Возврат к нержавеющей стали связан прежде всего с расходами, которые являются наиболее важным фактором. Углеродное волокно стоит 135 долларов за килограмм, и при изготовлении изделия около 35 процентов материала необходимо утилизировать, поскольку некоторые обрезки невозможно использовать. Таким образом, реальная стоимость материала составляет почти 200 долларов за кг, по сравнению с 3 долларами для нержавеющей стали (SpaceX) Возврат к нержавеющей стали связан прежде всего с расходами, которые являются наиболее важным фактором. Углеродное волокно стоит 135 долларов за килограмм, и при изготовлении изделия около 35 процентов материала необходимо утилизировать, поскольку некоторые обрезки невозможно использовать. Таким образом, реальная стоимость материала составляет почти 200 долларов за кг, по сравнению с 3 долларами для нержавеющей стали (SpaceX)
Следует также учитывать, что углеродное волокно пропитывается высокопрочной смолой, и это технологически достаточно сложно. А слоев необходимо накладывать от 60 до 120.
Кроме того, существует достаточно важный фактор, связанный с возвращением спускаемых аппаратов, поскольку происходит их сильный разогрев вследствие трения об атмосферу (SpaceX)
Важное преимущество стали, что у нее высокая температура плавления. Намного выше, чем у алюминия, и, хотя углеродное волокно не плавится, смола разрушается при определенной температуре. Так что, как правило, температура деталей из алюминия или углеродного волокна для их стабильной работы ограничена примерно 150 оС. Это не так уж и много.
Можно, конечно, кратковременно повышать температуру выше указанной до 180 – 200 оС, но свойства металла при этом ухудшаются. Он становится значительно «слабее».
Существуют некоторые углеродные волокна, которые могут выдерживать температуру 200 оС, но тогда возникают проблемы прочности. А вот детали, изготовленные из стали, могут выдерживать 820 — 870 оС без особых проблем.
Большинство сталей при достижении криогенных температур становятся очень хрупкими. Если охладить деталь из типичной углеродистой стали жидким азотом и потом ударить по ней молотком, то она разрушается, как стекло. Это верно для большинства сталей, но не для нержавеющей с высоким содержанием хромоникеля. Такой метал даже при температуре, скажем, минус 160 оС остается достаточно пластичным и прочным. В нем не возникает проблем с разрушением.
Вязкость разрушения — это важное свойство, при котором, если изделие имеет небольшую трещину, сможет ли материал останавливать трещину или трещина будет распространяется. И если происходят повторяющиеся циклы многократных вибрационных напряжений, важно чтобы даже небольшие дефекты в материале не распространялись.
Так, например, керамика – хороший материал, но она как как чашка для кофе – в ней легко распространяются трещины. Как только начинается трещина – сразу происходит разрушение. Она хрупкая, как стекло.
Во время презентации полноразмерного прототипа Starship от компании SpaceX, Маск сказал, что благодаря использованию стали, на материалы для одной ракеты будет потрачено не $ 400-500 млн., а лишь $ 10 млн. И это будут корабли многоразового использования.
