Решётчатые рули Falcon 9 и Falcon Heavy будут делать из нержавейки
Отвечая на вопрос пользователя Твиттера, генеральный директор SpaceX Элон Маск заявил, что решётчатые рули космических кораблей Super Heavy и Falcon 9 будут изготовлены из нержавеющей стали, что, безусловно, находится в канве общеизвестной любви Маска к этому материалу. В октябре 2018 года Маску наконец удалось убедить большинство старших инженеров, сообщивших ему, что, несмотря на годы работы и полномасштабные испытания, SpaceX необходимо кардинально изменить дизайн Starship.
До этого радикального изменения SpaceX потратил не менее 2-3 лет на проектирование звездолета, сделанного почти полностью из углеродных волокнистых композитов, чрезвычайно легкого материала, который можно оптимизировать для высокой прочности. Тем не менее, как в конечном итоге Маск пришел к выводу в конце 2018 года, хотя углеродные композиты, несомненно, легкие и прочные (оптимальные для космического полета), они имеют чрезвычайно низкую теплостойкость и могут бурно реагировать с переохлажденным жидким кислородом. Созданный почти полностью из алюминиевых сплавов с аналогично низкой температурой плавления, Falcon 9 также боролся с трудностями, связанными с выбором материала, что значительно усложняло необходимость извлечения и повторного использования ступеней ракеты.
В конечном итоге Маск решил, что переход Starship на сталь - это верный путь. Кроме прочих своих достоинств, глава SpaceX сообщил, что нержавейка стоит в 50 раз дешевле, чем титан или алюминиевые сплавы, поэтому вся конструкция звездолета будет стоить всего 10 миллионов долларов.
Выступая 28 сентября на презентации нового дизайна Starship, Элон Маск не смог не похвалить свое решение перейти на нержавеющую сталь, назвав его, вероятно, единственным лучшим дизайнерским решением, которое он когда-либо принимал. Еще неизвестно, было ли решение эксцентричного инженера-самоучки правильным, но прогресс, достигнутый SpaceX всего за 10-11 месяцев, бесспорен.
По словам Маска, свойства нержавеющей стали - в основном высокая температура плавления / рабочая температура и тенденция к усилению при криогенных температурах - это означает, что относительно тяжелый материал способен создать ракету-носитель, которая в конечном итоге может оказаться намного легче и эффективнее, чем та, которая изготовлена из углеродных композитов (BFR) или алюминиевых сплавов (Falcon 9). Благодаря этим свойствам Starship / Super Heavy станет намного прочнее, а также не потребует серьезной внешней теплоизоляции на его подветренной половине, в то время как многоразовая алюминиевая / композитная ракета потребует серьезной тепловой защиты практически на всех открытых поверхностях.
Как часть движения по удалению любых сверхдорогих несущественных материалов из конструкций Starship и Super Heavy, Маск, очевидно, также обратил свой взгляд на решётчатые рули. Как описано в начале этой статьи, SpaceX заменил алюминиевые решётчатые рули Falcon 9 титановыми, что потребовало от компании создания самого большого в мире производства цельного титанового литья. Маск неоднократно указывал, что каждый решетчатый руль чрезвычайно дорогой.
В свете высоких затрат Маск похоже, решил, что будущие ракеты SpaceX будут стараться избегать больших титановых отливок. Super Heavy тем не менее все еще нуждается в массивных решетчатых рулях: официальные рендеры, опубликованные SpaceX в прошлом месяце, выявили новую форму ромба для ребер усилителя, и позже Маск отправился в Twitter, чтобы сообщить, что они будут сделаны из стали вместо титана.
Основываясь на официальном рендеринге SpaceX Super Heavy 2019, решетчатые рули имеют размеры примерно 7 х 3 м, что в 10 раз больше, чем титановые рули Falcon 9. Несмотря на то, что нержавеющая сталь 301 серии имеет температуру плавления и теплоемкость примерно на 15% ниже, чем у титана 5 класса, ее прочностные характеристики в остальном аналогичны, и в то же время остаются механически работоспособными при почти в три раза большей рабочей температуре титана (840 °С против 330 °С).
Наиболее важно то, что 301 нержавейка не только примерно в 15-20 раз дешевле титана, но и процесс изготовления крупных стальных компонентов, особенно со сваркой вместо отливки, значительно быстрее, проще и дешевле, чем при работе с титаном. С их достаточно схожими свойствами и увеличенным размером, вероятно, рули из стальной решетки практически не будут подвергаться абляции даже при самых высоких температурах, и, тем не менее, будет чрезвычайно легко и дешево отремонтировать или заменить рули в маловероятном случае их повреждения.
Учитывая то, насколько быстро и относительно легко SpaceX построил полномасштабное полетное оборудование из стали, было бы неудивительно, если бы SpaceX изготовил и испытал сварные решетчатые рули из нержавейки на Falcon 9 в ближайшее время.