wtorek, 22 stycznia 2019 22:32 Na stronie Popular Mechanics pojawił się krótki wywiad z Elonem Muskiem. CEO SpaceX wyjaśnia w nim, dlaczego firma zdecydowała się na zmianę głównego materiału, z którego zbudowana zostanie nowa rakieta Super Heavy oraz statek kosmiczny Starship.

Dlaczego Starship będzie zbudowany ze stali?

Wizja artystyczna przedstawiająca nową rakietę w locie (Źródło: SpaceX)

Na stronie Popular Mechanics pojawił się krótki wywiad z Elonem Muskiem. CEO SpaceX wyjaśnia w nim, dlaczego firma zdecydowała się na zmianę głównego materiału, z którego zbudowana zostanie nowa rakieta Super Heavy oraz statek kosmiczny Starship. Początkowo pojazd miał być zbudowany z kompozytów węglowych, teraz jednak projekt zakłada użycie stali nierdzewnej. 

Musk zdradził, że nad zmianą materiału do budowy rakiety zastanawiał się od dłuższego czasu. Stwierdził, że pomysł dość mocno przeczy intuicji. Sporo wysiłku wymagało od niego przekonanie zespołu do przejścia na stal nierdzewną, jednak ostatecznie udało się tego dokonać. Dotychczas firma pracowała nad stworzeniem skomplikowanej struktury z włókna węglowego, ale postęp był bardzo powolny. Całość miała kosztować w okolicach 135 dolarów za kilogram. Do tego należało jeszcze doliczyć około 35 procent odpadów powstających w czasie cięcia kompozytu, który był wzmacniany żywicą o wysokiej wytrzymałości. Całość była tworzona z 60 do 120 warstw.

Elementem przeczącym intuicji, jeśli chodzi o stal, jest to, że pomimo niskich kosztów i łatwości obróbki, nie wydaje się ona najlżejszym materiałem. Musk zauważa jednak, że w temperaturach kriogenicznych wysokojakościowa stal nierdzewna ma znacznie większą wytrzymałość od zwykłej stali węglowej, która jest krucha. Wyższa zawartość chromu i niklu zwiększa odporność na odkształcenie plastyczne do 12-18% w temperaturze -200°C. 

Dodatkowo ważna jest odporność na pękanie, czyli parametr pozwalający określić, jak dany materiał radzi sobie z pęknięciami. Czy pęknięcie zostanie zatrzymane, czy będzie postępować? Jak bardzo, przy wielu cyklach naprężeń, mała niedoskonałość w materiale będzie się rozprzestrzeniać? Niektóre materiały, na przykład ceramika, bardzo słabo radzą sobie z zatrzymywaniem pęknięć – kiedy takowe się pojawi, materiał staje się kruchy jak szkło. Jeśli chodzi o metale, odporność na pęknięcia bardzo się różni w zależności od ich rodzaju, a także może zmieniać się z temperaturą.

Prototyp statku Starship (Źródło: Elon Musk)Musk wspomniał o tym, że stal nierdzewna była używana w pierwszych rakietach Atlas, które posiadały tzw. „zbiorniki balonowe” ze stali. Ich wadą było to, że były tak cienkie, że zapadały się pod własnym ciężarem, czyli, innymi słowy, nie mogły nawet same stać pionowo jeśli nie utrzymywano ciśnienia w ich wnętrzu. Było wiele przypadków, kiedy zbiorniki rakiet Atlas zapadały się na platformie startowej powodując katastrofę.

W przypadku statku Starship ważne jest, aby brać pod uwagę, że oprócz lotu w górę będzie on również wchodził w atmosferę. Tutaj ujawnia się kolejna zaleta stali – wysoka temperatura topnienia, znacznie wyższa niż aluminium. Co prawda włókna węglowe nie topią się, jednakże żywica niszczy się w pewnej temperaturze. W praktyce w wypadku aluminium czy włókien węglowych jest się ograniczonym do około 150 stopni Celsjusza, a to niewiele. Na krótką metę materiały te mogą wytrzymać około 175, może maksymalnie 200 stopni, jednakże osłabiają się. Są włókna węglowe zdolne pracować w 200 stopniach, jednakże wiąże się to z gorszą wytrzymałością. W wypadku stali można osiągnąć ponad 800 stopni Celsjusza. SpaceX posiada zespół odpowiedzialny za materiały, jednakże początkowo będzie wykorzystywana po prostu wysokojakościowa stal nierdzewna 301.

Podczas startu rakiety istotne jest, żeby materiał był wytrzymały w niskich, kriogenicznych temperaturach, natomiast wchodząc w atmosferę musi on być odporny na wysokie temperatury. Masa osłony termicznej podyktowana jest temperaturą na interfejsie pomiędzy płytami osłony ładunku, a samym kadłubem statku. Niezależnie w jaki sposób zamontowana jest osłona, to ten punkt jest istotny.

Na przykład jeśli chodzi o Dragona, grubość płyt osłony wynika z tego, jak szybko osłona przyjmuje ciepło i jak szybko propaguje je do miejsca, gdzie przymocowana jest do statku. Tak więc nie jest istotna erozja osłony, lecz jej współczynnik przewodnictwa cieplnego. Wykorzystując stal, można spokojnie założyć temperaturę interfejsu powyżej 800 stopni Celsjusza zamiast, przykładowo, 150 stopni, dzięki czemu nie jest wymagana żadna osłona termiczna od strony zawietrznej podczas lądowania.

Z drugiej strony statku SpaceX planuje natomiast stworzyć pierwszą w historii regeneracyjną osłonę termiczną. Będą to dwie powłoki ze stali nierdzewnej – jak stalowa kanapka – połączone ze sobą za pomocą podłużnych elementów, natomiast między nimi ma przepływać paliwo lub woda. Zewnętrzna warstwa ma mieć bardzo niewielkie perforacje – małe dziurki, poprzez które wypuszczane będzie paliwo lub woda, a statek będzie od tej strony chłodzony za pomocą transpiracji. Perforacje mają nie być widoczne z daleka, a całość będzie nadal wyglądała jakby była chromowana, jednakże z jednej strony pojazd będzie miał podwójną ściankę, mającą dwa zastosowania – jako wzmocnienie, żeby statek nie podzielił losu rakiet Atlas, oraz jako osłona termiczna. Według wiedzy Muska, takie rozwiązanie nigdy wcześniej nie było stosowane.

Musk stwierdził, że przejście z włókna węglowego na stal jest ogromną zmianą. Zaznaczył też, że pozwoli to na znaczne przyspieszenie prac nad projektem, co ma związek m.in. z tym, że ze stalą pracuje się znacznie łatwiej oraz że jest ogólnodostępna. CEO SpaceX zwrócił również uwagę na znaczną obniżkę kosztów budowy rakiety – w przypadku kompozytów węglowych miałoby to być od 135 do 200 dolarów za kilogram, a w przypadku stali 3 dolary za kilogram. 

Cały wywiad w języku angielskim można przeczytać na stronie Popular Mechanics

Autorzy

Najbliższy start
Starlink-1
Data 17 października 2019
Miejsce startu CCAFS SLC-40 
Miejsce lądowania OCISLY
Rakieta Falcon 9 Block 5
Ładunek 60 satelitów konstelacji Starlink
Wkrótce
2019-08-27 16:30
Zakończenie misji CRS-18

Na wtorek 27 sierpnia zaplanowano zakończenie misji CRS-18, w ramach której statek towarowy Dragon dostarczył na Międzynarodową Stację Kosmiczną sprzęt do eksperymentów naukowych, części zamienne i zapasy dla astronautów, a także drugi adapter dokujący, z którego będą korzystać statki załogowe. Odłączenie kapsuły od ISS zaplanowano na godzinę 16:56 czasu polskiego (14:56 UTC). Proces ten będzie można śledzić na żywo na NASA TV od godziny 16:30 czasu polskiego (14:30 UTC). Po kilku godzinach Dragon wróci na Ziemię, gdzie wyląduje w wodach Oceanu Spokojnego niedaleko wybrzeży Kalifornii. Na pokładzie statku znajdzie się ładunek powrotny o masie około 1500 kg. 

Ostatnio popularne
Najważniejsze tagi
Zaprzyjaźnione strony

Informacje o polityce prywatności

SpaceX.com.pl szanuje dane osobowe Użytkowników i spełnia wymogi ich ochrony wynikające z powszechnie obowiązujących przepisów prawa, a w szczególności z Rozporządzenia Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2016/679 z dnia 27 kwietnia 2016 r. w sprawie ochrony osób fizycznych w związku z przetwarzaniem danych osobowych i w sprawie swobodnego przepływu takich danych oraz uchylenia dyrektywy 95/46/WE.

Informacje o użytkowniku zbierane podczas odwiedzin oraz dane osobowe podawane podczas kontaktu z autorami serwisu SpaceX.com.pl wykorzystywane są jedynie w celu umożliwienia poprawy jakości działania portalu, zrozumienia zachowań odwiedzających oraz komunikacji z użytkownikami, którzy na to wyrazili chęć. Dane zbierane o użytkownikach podczas ich odwiedzin zawierają takie informacje jak listę stron które otworzyli, szczegółowy czas spędzony na poszczególnych stronach i zachowanie w trakcie przeglądania. Aplikacja internetowa lub zewnętrzne usługi mogą tworzyć także na komputerze użytkownika pliki tekstowe, które służą rozpoznawaniu odwiedzajacego i dostarczaniu mu usług takich jak powiadomienia.

Administratorem zebranych danych są twórcy strony SpaceX.com.pl i wszystkie informacje są dostępne tylko i wyłącznie dla nich i ich zaufanych usługodawców. Dane te nie są w żaden sposób monetyzowane przez twórców serwisu. Wspomniani zaufani usługodawcy to: Google Analytics, Hotjar, Matomo, OVH.

Dalsze przeglądanie tej strony, scrollowanie jej, a w szczególności zamknięcie tego okna informacyjnego oznacza wyrażenie zgody na zbieranie, przetwarzanie i nieograniczone przechowywanie danych o użytkowniku przez twórców serwisu SpaceX.com.pl