На днях ураганный ветер некрасиво обошёлся с макетом ракеты Starship компании SpaceX. Стихия сорвала обтекатель и в процессе разрушения местами помяла корпус макета. Ситуацию с помятым внешним видом Starship усугубило то, что вместо углеволокна корпус аппарата изготовили из листовой нержавеющей стали. Поскольку жестянщики не проявляли особого рвения, вышло так себе. Для макета, который призван испытать общую конструкцию и двигатель в режиме «прыжков» ― кратковременного поднятия на высоту до 5 км для отработки взлёта и посадки ― внешний вид не имеет значения. Но зато, как говорят в народе, получилось дёшево и сердито. Другое дело взаправдашний полёт. В чём достоинства листовой стали перед углеволокном?
Илон Маск признался в интервью редактору американского издания «Популярная механика», что замена углеволокна сталью ― это вопрос экономии денег и времени. Замену пришлось делать под нажимом авторитета Маска и окончательной единой уверенности в правильности этого выбора у коллектива SpaceX нет, как признаётся глава компании. Тем не менее, один килограмм углеволокна стоит $135. При сборке корпуса на выкройках в брак уходит до 35 % этого дорого материала, что увеличивает его стоимость до условных $200 за килограмм. Килограмм листовой стали 301 марки, которую выбрали для изготовления корпуса и несущих частей ракеты Starship, стоит всего $3 и её можно купить где угодно и в каких угодно объёмах. Отметим, нержавеющая сталь 301 марки часто идёт для изготовления бесшовных труб для работы в агрессивных средах. Это ценное качество для изготовления баков с переохлаждённым кислородом.
Дальше. Обработка стали много проще и удобнее, чем обработка углеволокна, пропитанного специальными смолами для повышения жёсткости. С точки зрения сопротивления высоким температурам сталь тоже может дать фору углеволокну. Последнее без разрушений и потери качеств (начинает плыть смола в составе материала) выдерживает около 150 °C. Сталь без критических потерь в характеристиках выдержит до 800 °C. Это также означает, что примерно в пять раз можно сэкономить на тепловом экране как по весу, так и по стоимости.
Конструкция корпуса. Углеволоконный корпус ракеты предполагает укладывание от 60 до 120 слоёв ткани. Ракету можно изготовить из двух слоёв листовой стали с рёбрами жёсткости между слоями. При этом между слоями, например, можно пускать хладагент (воду или специальную жидкость) с системой пор на внешней стороне корпуса, тогда испарение жидкости создаст дополнительный тепловой экран. Сталь не потеряет жёсткости и вязкости (а значит, нивелирует опасность расширения возможных микротрещин) в широком диапазоне температур от криогенных до высоких. В прошлом попытки использовать в ракетостроении нержавеющую сталь не принесли результата. Новые знания и опыт позволяют рассчитывать, что ракеты на пусковых площадках станут как на картинках футурологов из пятидесятых ― башнями из стали в слепящих солнечных бликах.