Илон Маск: Почему я строю Старшип из нержавеющщей стали

10 января Маск опуликовал в Твиттере фотографию тестовой версии Starship - по сути, прототипа, который можно использовать для суборбитальных испытательных полетов VTOL (вертикальный взлет и посадка), достигающих около 16400 футов. Он называет это «прыжки».

Со времени обнародования Маск кратко ответил на некоторые прямые вопросы от любопытных наблюдателей космического пространства через Twitter. Но за две недели до объявления он встретился с главным редактором PopularMechanics Райаном Д'Агостино в штаб-квартире SpaceX в Хоторне, штат Калифорния, для эксклюзивного интервью, в котором он подробно рассказал о том, что стоит за изменениями. Он говорил о гораздо большем, о чем мы поговорим. На данный момент, вот что он сказал о больших изменениях.
 

Райан Д'Агостино: Вы были заняты редизайном Starship.

Илон Маск : Да. Дизайн Starship и ракеты-носителя SuperHeavy менялся на специальный сплав из нержавеющей стали. Я обдумывал это некоторое время. И это несколько нелогично. Мне потребовалось немало усилий, чтобы убедить команду идти в этом направлении. Но теперь я считаю , что они убеждены в том. Мы преследовали передовую структуру из углеродного волокна, но это был очень медленный прогресс, а стоимость за килограмм составляла 135 долларов. Кроме того, уровень отходов составляет около 35% - вы режете ткань, а часть не можете использовать. Он пропитан высокопрочной смолой, и это довольно сложно. И есть от 60 до 120 слоев.

РД : Как это по сравнению с нержавеющей сталью?

И.М . : Что противоинтуитивно в нержавеющей стали, так это то, что она, очевидно, дешевая, очевидно быстрая, но не самая легкая. Но это на самом деле это самый легкий материал. Если вы посмотрите на свойства высококачественной нержавеющей стали, то, что не очевидно, это то, что при криогенных температурах прочность увеличивается на 50 процентов. Большинство сталей, при криогенных температурах, становятся очень хрупкими. Вы видели трюк с жидким азотом на обычной углеродистой стали: вы распыляете жидкий азот, можете ударить его молотком, она разбивается как стекло. Это относится к большинству сталей, но не из нержавеющей стали с высоким содержанием хромоникеля. Прочность, на самом деле, увеличивается и пластичность все еще очень высока. Таким образом, у вас от 12 до 18 процентов пластичности, скажем, при минус 330 градусах по Фаренгейту. Это очень пластичный и, одновременно, очень жесткий материал. Никаких проблем с переломами. Вязкость разрушения - это свойство, при котором, если что-то имеет небольшую трещину, то материал имеет тенденцию задерживать трещину или трещина распространяется? Итак, как вы проходите повторяющиеся колебательные циклы множественных напряжений, на сколько будут распространяться небольшое дефекты материала.

РД: Так что некоторые материалы могут остановить свои трещины.

ИМ : Да, например, керамика - как кофейная чашка - плохо фиксирует трещины. Как только трещина начинается, это как стекло. Затем в зависимости от типа металла, который у вас есть - некоторые металлы имеют лучшую вязкость разрушения, чем другие, и вязкость разрушения может варьироваться в зависимости от температуры. Технически ударная вязкость - это область под кривой напряжения-деформации. Итак, когда вы создаете удареную нагрузку на что-то, насколько объект сможет деформироваться? Это важное качество.

Нержавеющая сталь была тем, что использовалось в первые дни Атласа. Ранний Атлас был стальным баллонным баком. Недостатком ранней программы Атлас было то, что материал был настолько тонким, что разрушался под действием собственного веса. Это был такой стальной шар, что он буквально не мог даже стоять. Это просто рухнуло бы, как надувной замок. Это даже не могло принять небольшую полезную нагрузку - было много случаев, когда ранние Атласы буквально рушились на площадке и вызывали катастрофу.

Здесь есть хитрость, которая, на мой взгляд, очень важна, когда вы рассматриваете это как средство возвращения. Вот еще одно преимущество стали: она имеет высокую температуру плавления. Гораздо выше, чем у алюминия, и хотя углеродное волокно не плавится, смола разрушается при определенной температуре. Поэтому, как правило, из алюминиевого или углеродного волокна для постоянной рабочей температуры вы действительно ограничены до 300 градусов по Фаренгейту. Это не так высоко. Вы можете совершить небольшую небольшую экскурсию выше этого, может быть, 350. Четыреста, вы действительно доводите это до предела.  И есть некоторые углеродные волокна, которые могут принимать 400 градусов по Фаренгейту.

РД: У вас есть целая команда металлургов?

ИM : У нас есть отличная группа материалов, но, изначально, мы будем просто использовать высококачественную нержавеющую сталь 301. Есть еще одна важная вещь, которая имеет большое значение. Для подъема вы хотите что-то сильное при криогенных температурах. Для входа вы хотите что-то, что может противостоять высокой температуре. Таким образом, масса теплозащитного экрана определяется температурой на границе раздела между плитками теплозащитного экрана и воздушной рамой. Будь то механическое соединение или приклеенное - независимо от того, какая точка сопряжения – это определяет толщину теплозащитного экрана.

На Драконе, например, толщина плит теплозащитного экрана фактически зависит от теплового впитывания теплозащитного экрана, достигающего линии соединения плитки с оболочкой. Так что это не обусловлено эрозией плитки. Фактически это обусловлено проводимостью плитки к линии склеивания, поэтому мы не теряем плитки, когда корабли опускаются. Вы, естественно, не хотите терять плитки.

Что касается конструкции из стали, то теперь у вас есть что-то, где вы можете комфортно находиться при температуре интерфейса 1500 F вместо, скажем, 300 F, так что у вас в пять раз больше температурных возможностей в точке интерфейса. Это означает, что для стальной конструкции подветренная сторона задней оболочки вообще не нуждается в тепловой защите.

С наветренной стороны я хочу иметь первый в мире регенеративный тепловой экран. Оболочка из нержавеющей стали с двойными стенками - как сэндвич из нержавеющей стали, по сути, с двумя слоями. Вам просто нужны два слоя, которые соединены стрингерами. Вы пропускаете либо топливо, либо воду между слоями сэндвича, а затем у вас есть микроперфорации снаружи - очень крошечные перфорации - и вы, по существу, выпускаете воду, или вы можете выпустить топливо через микроперфорации наружу. Вы не увидите это глазом, если не приблизитесь. Но вы используете транспирационное охлаждение для охлаждения наветренной стороны ракеты. Таким образом, все это будет выглядеть полностью хромированным, как этот коктейльный шейкер перед нами. Но одна сторона будет с двойными стенками, и это служит двойной цели: усиление конструкции, чтобы не повторить судьбу Атласа. У вас есть теплозащитный экран, который выполняет двойную функцию.

Да уж.

Насколько мне известно, это никогда не предлагалось раньше.

РД: Это огромное изменение.

ИМ : Да.

РД: Откуда придет сталь?

ИМ : Это просто 301 нержавеющая сталь. Позвольте мне выразиться так: нержавеющая сталь 304 - это то, из чего они делают горшки. Там много этого.

РД: Как это повлияет на ваш график?

ИМ : Это ускорит это.

РД: Потому что с ним легче работать?

ИМ : Да. Очень легко работать со сталью. О, и я забыл упомянуть: углеродное волокно стоит 135 долларов за килограмм, 35-процентный лом, так что вы начинаете приближаться почти к 200 долларам за килограмм. Сталь стоит 3 доллара за килограмм.

РД: Это хорошая идея.

ИМ : Да.