Выбор материалов
Выбор материалов — ключевой аспект разработки космических устройств, определяющий их эффективность, надежность и долговечность.
От легких алюминиевых сплавов до высокопрочных полимеров и эластомеров — каждый материал тщательно выбран для выполнения конкретных задач и соответствия требованиям космической среды и эстетики бренда.
Производство SpaceX
В этой главе рассматриваются материалы, которые обеспечивают баланс между весом, прочностью, термостойкостью и адаптивностью. Отдельное внимание уделяется инновациям, таким как нержавеющая сталь для корпуса Starship, а также тем решениям, которые могут быть применены в разработке сервисного робота для МКС.
Нержавеющая сталь
SpaceX выбрала нержавеющую сталь для Starship за её термостойкость, прочность и долговечность, что критически важно для многоразовых аппаратов. Она выдерживает экстремальные температуры, проста в обработке и экономична. Сталь объединяет функциональность и надёжность, идеально подходя для межпланетных миссий.
Starship
Хотя нержавеющая сталь дешевле углеродных композитов и алюминиевых сплавов, её использование требует высокой точности обработки. В частности, сварка стальных элементов представляет сложность, так как малейшие дефекты могут негативно повлиять на прочность корпуса, особенно в условиях космических нагрузок.
Зеркальная поверхность на рендерах
Реальная поверхность
При создании Starship инженеры SpaceX стремятся добиться идеальной гладкой поверхности, как на рендерах, где корпус ракеты выглядит совершенно безупречно. Этот процесс аналогичен изготовлению The Big Bean (Cloud Gate) в Чикаго, где также требуется создание идеально гладкой и зеркальной поверхности.
The Cloud Gate / The Big Bean (Чикаго)
Конструкция The Big Bean
Несмотря на то, что нержавеющая сталь — это материал, который не является самым лёгким, решение с изогридами позволяет значительно снизить вес ракеты, что особенно важно, ведь каждый лишний килограмм увеличивает стоимость полета.
Ниже видео с производства, станком снимается большое количество материала, чтобы получить решетчатую структуру.
Керамика
Керамические плиты предназначены для защиты ракеты от экстремальных температур при входе в атмосферу. Эти материалы обладают высокой термостойкостью и могут выдерживать температуры, превышающие 1500°C, что критично при входе ракеты в атмосферу с высокой скоростью. Они позволяют значительно снизить тепловую нагрузку на корпус ракеты и предотвратить его повреждения.
Starship
Углеродное волокно
Углеродное волокно — это материал, состоящий из волокон, главным компонентом которых является углерод. Оно обладает высокой прочностью и жесткостью при низком весе, что делает его идеальным для использования в аэрокосмической промышленности.
Прототип топливного бака из углеродного волокна (SpaceX, 2016)
Углеродное волокно также используется для создания прочных, но легких структурных элементов и панелей, которые могут использоваться для различных частей ракеты, спутников и других космических аппаратов.
Например, в интерьере Crew Dragon можно легко определить, какие элементы сделаны из этого материала.
Инновационные материалы и технологии
Инновационные материалы и технологии обеспечивают необходимые характеристики для работы в экстремальных условиях космоса. Эти материалы позволяют создавать скафандры, элементы конструкций и другие устройства, которые должны выдерживать не только высокие температуры, но и воздействие вакуума, радиации и микрометеоритов. Их использование открывает новые возможности для безопасных и эффективных миссий в космосе.
Bob Behnken, Doug Hurley
Далее будут рассмотрены материалы и технологии, которые использовались для создания этого скафандра и шлема.
Bob Behnken
Кевлар — это торговое название пара-арамидного волокна, разработанного компанией DuPont в 1965 году. Материал сохраняет свои свойства при температурах до 400°C, не плавится и устойчив к воздействию химических веществ, что обеспечивает его долговечность даже в агрессивных средах.
Кевлар включается в состав внешнего слоя скафандра для защиты от механических повреждений, таких как удары микрометеоритов или космического мусора.
Горнолыжные варежки из Кевлара (Tolasmik, NANDN)
Номекс — это торговое название синтетического волокна, созданного компанией DuPont. Оно относится к классу мета-арамидных волокон и известно своей высокой термостойкостью, прочностью и устойчивостью к воздействию химических веществ. Номекс широко используется для изготовления защитной одежды, теплоизоляции и других материалов, где важны огнестойкость и долговечность.
Анорак Nomex-Kevlar (Christopher Raeburn)
Гор-Текс — это мембранный материал, разработанный американской компанией W. L. Gore & Associates. Он известен своей уникальной способностью сочетать водонепроницаемость, воздухопроницаемость и ветронепроницаемость, благодаря чему широко используется в производстве одежды, обуви и снаряжения для активного отдыха, спорта и профессиональной экипировки.
Nike ACG Gore-Tex «Mountain Fly»
Шлем космического костюма SpaceX изготовлен из поликарбоната — лёгкого, прочного и термостойкого материала, идеально подходящего для экстремальных условий космоса. Он обеспечивает защиту от ударов, отличный обзор без искажений и минимальный вес для комфорта астронавта.
Использование 3D-печати из поликарбоната позволило создать сложную форму шлема с высокой точностью и идеально подогнать детали. Дополнительно материал покрывают антибликовыми и ультрафиолетовыми покрытиями для улучшения функциональности.
Шлем скафандра SpaceX
Но на самом деле поликарбонат — универсальный материал, используемый не только в космических технологиях, но и в повседневной жизни благодаря своей прочности, лёгкости и прозрачности. Из него изготавливают корпуса для чемоданов, мебель, защитные экраны и перегородки для офисов и больниц.
Off-White x RIMOWA
Поликарбонат применяется в оптике для создания линз и очков, а также в автомобильной промышленности для производства фар и панелей. Кроме того, он используется в электронике для корпусов телефонов и ноутбуков. Эти свойства делают поликарбонат идеальным материалом как для инновационных, так и для практических решений.
Hair Salon (Atsushi Tasaki, 2022)
