Из каких материалов строят космические корабли, "бороздящие просторы Вселенной"

Популярная механикаHi-Tech

Ракетные металлы: как закалялась сталь

Из каких материалов строят космические корабли, "бороздящие бескрайние просторы Вселенной".

Андрей Суворов

Через месяц исполнится ровно полвека первому старту ракеты Р-7, который состоялся 15 мая 1957 года. Эта ракета, которая до сих пор носит всех наших космонавтов, является безусловным триумфом конструкторской идеи над конструкционным материалом. Интересно, что ровно через 30 лет после ее запуска, 15 мая 1987 года, состоялся и первый старт ракеты «Энергия», которая, наоборот, использовала массу экзотических материалов, недоступных 30 лет назад.

Когда Сталин поставил перед Королевым задачу копирования Фау-2, многие ее материалы были новы для тогдашней советской промышленности, но к 1955 году уже исчезли проблемы, которые могли бы помешать конструкторам воплощать идеи. К тому же материалы, использованные при создании ракеты Р-7, даже в 1955 году не отличались новизной — ведь нужно было учитывать затраты времени и денег при серийном производстве ракеты. Поэтому основой ее конструкции стали давно освоенные алюминиевые сплавы.

00684ab4704c05d4047df14e4c8fdec5.jpg

Раньше модно было называть алюминий «крылатым металлом», подчеркивая, что если конструкция не ездит по земле или по рельсам, а летает, то она обязательно должна быть выполнена из алюминия. На самом деле крылатых металлов много, и это определение давно вышло из моды. Спору нет, алюминий хорош, достаточно дешев, сплавы его сравнительно прочны, он легко обрабатывается и т. д. Но из одного алюминия самолет не построишь. А в поршневом самолете и дерево оказывалось вполне уместным (даже в ракете Р-7 в приборном отсеке есть фанерные перегородки!). Унаследовав алюминий от авиации, этим металлом стала пользоваться и ракетная техника. Но тут-то как раз и обнаружилась узость его возможностей.

Алюминий

«Крылатый металл», любимец авиаконструкторов. Чистый алюминий втрое легче стали, очень пластичен, но не очень прочен.

Чтобы он стал хорошим конструкционным материалом, из него приходится делать сплавы. Исторически первым был дуралюмин (дюралюминий, дюраль, как мы его чаще всего зовем) — такое имя дала сплаву немецкая фирма, впервые его предложившая в 1909 году (от названия города Дюрен). Этот сплав, кроме алюминия, содержит небольшие количества меди и марганца, резко повышающие его прочность и жесткость. Но есть у дюраля и недостатки: его нельзя сваривать и сложно штамповать (нужна термообработка). Полную прочность он набирает со временем, этот процесс назвали «старением», а после термообработки состаривать сплав нужно заново. Поэтому детали из него соединяют клепкой и болтами.

В ракете он годится только на «сухие» отсеки — клепаная конструкция не гарантирует герметичности под давлением. Сплавы, содержащие магний (обычно не больше 6%), можно деформировать и сваривать. Именно их больше всего на ракете Р-7 (в частности, из них изготовлены все баки).

2a007e7f20db3eebedfe0714b0221eef.jpg

Американские инженеры имели в своем распоряжении более прочные алюминиевые сплавы, содержащие до десятка разных компонентов. Но прежде всего наши сплавы проигрывали заокеанским по разбросу свойств. Понятно, что разные образцы могут немного отличаться по составу, а это приводит к разнице в механических свойствах. В конструкции часто приходится полагаться не на среднюю прочность, а на минимальную, или гарантированную, которая у наших сплавов могла быть заметно ниже средней.

В последней четверти XX века прогресс в металлургии привел к появлению алюминий-литиевых сплавов. Если до этого добавки в алюминий были направлены только на увеличение прочности, то литий позволял сделать сплав заметно более легким. Из алюминий-литиевого сплава был сделан бак для водорода ракеты «Энергия», из него же делают сейчас и баки «Шаттлов».

Наконец, самый экзотический материал на основе алюминия — боралюминиевый композит, где алюминию отведена та же роль, что и эпоксидной смоле в стеклопластике: он удерживает вместе высокопрочные волокна бора. Этот материал только-только начал внедряться в отечественную космонавтику — из него сделана ферма между баками последней модификации разгонного блока «ДМ-SL», задействованного в проекте «Морской старт». Выбор конструктора за прошедшие 50 лет стал намного богаче. Тем не менее как тогда, так и сейчас алюминий — металл №1 в ракете. Но, конечно же, есть и целый ряд других металлов, без которых ракета не сможет полететь.

8672c2d86afec35c42bace30b4df08a7.JPG
Титан и титановые сплавы. Самый модный металл космического века. Вопреки широко распространенному мнению, титан не очень широко применяется в ракетной технике — из титановых сплавов в основном делают газовые баллоны высокого давления (особенно для гелия). Титановые сплавы становятся прочнее, если поместить их в баки с жидким кислородом или жидким водородом, в результате это позволяет снизить их массу. На космическом корабле ТКС, который, правда, так ни разу и не полетел с космонавтами, привод стыковочных механизмов был пневматическим, воздух для него хранился в нескольких 36-литровых шар-баллонах из титана с рабочим давлением 330 атмосфер. Каждый такой баллон весил 19 килограммов. Это почти впятеро легче, чем стандартный сварочный баллон такой же вместимости, но рассчитанный на вдвое меньшее давление!

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Био-механизм Био-механизм

Пауки, пожалуй, самые высокотехнологичные существа на планете

Вокруг света
Что такое бокс: инструкция для начинающих Что такое бокс: инструкция для начинающих

Рассказываем, почему бокс не так опасен, как кажется, и как начать им заниматься

РБК
Используй ложку и телефон: 20 способов доставить себе удовольствие Используй ложку и телефон: 20 способов доставить себе удовольствие

Двадцать разных способов мастурбации на любой вкус и цвет

Cosmopolitan
Как избавиться от прыщей: действенные способы, которые сделают из тебя красавчика Как избавиться от прыщей: действенные способы, которые сделают из тебя красавчика

Основные причины появления акне и методы борьбы с ним

Playboy
«Жаль, что я не знал этого раньше»: 20 важных фактов о жизни и людях «Жаль, что я не знал этого раньше»: 20 важных фактов о жизни и людях

Жизнь — это путешествие

Psychologies
Пять бытовых мифов, которые оказались правдой или имели реальные основания Пять бытовых мифов, которые оказались правдой или имели реальные основания

Легенды, в которые до сих пор наивно верят

Maxim
6 ключей, чтобы продлить любовь 6 ключей, чтобы продлить любовь

Шесть моделей поведения, которые делают любовные отношения счастливыми

Psychologies
«Между нами все кончено»: как удержаться от контактов с бывшим «Между нами все кончено»: как удержаться от контактов с бывшим

Как облегчить свое состояние после расставания и не возвращаться к бывшим

Psychologies
Ученые реконструировали ДНК мамонта старше миллиона лет Ученые реконструировали ДНК мамонта старше миллиона лет

Это позволило больше узнать об эволюции шерстистых мамонтов и мамонтов Колумба

N+1
«Я не смогла сопротивляться страсти»: Мария Максакова увела Вороненкова из семьи «Я не смогла сопротивляться страсти»: Мария Максакова увела Вороненкова из семьи

Мария Максакова рассказала о своем скандальном браке с Денисом Вороненковым

Cosmopolitan
Победителей не судят Победителей не судят

Александр Гудков и Иван Дорн — о звездном статусе, хайпе и друг друге

GQ
Затягивают не на шутку: «Топи» и другие жуткие российские мистические сериалы Затягивают не на шутку: «Топи» и другие жуткие российские мистические сериалы

Самые лучшие российские мистические триллеры и детективы

Cosmopolitan
Возрожденная британская популяция журавлей преодолела рубеж в двести особей Возрожденная британская популяция журавлей преодолела рубеж в двести особей

Как в Великобритании восстанавливают популяцию журавлей

N+1
Луна, женщины, СССР: зачем смотреть сериал «Ради всего человечества» Луна, женщины, СССР: зачем смотреть сериал «Ради всего человечества»

Сериал «Ради всего человечества» — проект-фантазия о космических достижениях США

РБК
Карта: средний рост мужчин в разных странах мира. Как думаешь, Россия — страна карликов или великанов? Карта: средний рост мужчин в разных странах мира. Как думаешь, Россия — страна карликов или великанов?

Найди страну, на жителей которой ты можешь смотреть свысока!

Maxim
Читаем свои руки: что такое хиромантия и как ее использовать в личных целях Читаем свои руки: что такое хиромантия и как ее использовать в личных целях

О чем нам могут рассказать наши ладони?

Cosmopolitan
Менуэт Менуэт

Новая парода кошек, названная в честь Наполеона

Weekend
Роскошь Востока: турецкие сериалы для тех, кому понравился «Великолепный век» Роскошь Востока: турецкие сериалы для тех, кому понравился «Великолепный век»

Самые успешные сериальные проекты турецкого кинематографа

Cosmopolitan
Не как у всех: зачем нужна персонализация для женского здоровья? Не как у всех: зачем нужна персонализация для женского здоровья?

Персонализированный подход в медицине — новый способ заботиться о здоровье

Cosmopolitan
Выжившие: как выглядели реальные герои фильмов про экстремальные путешествия Выжившие: как выглядели реальные герои фильмов про экстремальные путешествия

Прототипы героев фильмов о выживании и опасных путешествиях

Cosmopolitan
Блефаропластика: открываем глаза на хирургию век — фотографии до и после Блефаропластика: открываем глаза на хирургию век — фотографии до и после

Блефаропластика – операция, которая действительно может творить чудеса с глазами

Cosmopolitan
Сосланный в андроида Сосланный в андроида

Фантастический рассказ Александра Маркова

Наука и жизнь
Искатель жизни: чем уникальна новая марсианская миссия Искатель жизни: чем уникальна новая марсианская миссия

Амбициозные задачи марсохода Perseverance и вертолета Ingenuity

Forbes
В 3500-летнем папирусе нашли древнейшее описание процесса мумификации В 3500-летнем папирусе нашли древнейшее описание процесса мумификации

Египтологи обнаружили старейшее из известных руководств по мумификации

N+1
Бадомедики Бадомедики

Что такое БАДы и что с ними делать?

Maxim
Армия розовощеких капиталистов: как стартап Roblox помогает зарабатывать подросткам Армия розовощеких капиталистов: как стартап Roblox помогает зарабатывать подросткам

Дэвид Базуки создал платформу, которая добилась стремительного внутреннего роста

Forbes
Какой получилась игра The Medium — первый в истории хоррор с двумя реальностями в одном экране Какой получилась игра The Medium — первый в истории хоррор с двумя реальностями в одном экране

The Medium — самый дорогой проект студии Bloober Team, и это их лучшая игра

Esquire
Мал, да удал: мини-сериалы 2020-го года, от которых невозможно оторваться! Мал, да удал: мини-сериалы 2020-го года, от которых невозможно оторваться!

Лучшие мини-сериалы 2020-го года

Cosmopolitan
Новый контракт: как снизить уровень бедности в России Новый контракт: как снизить уровень бедности в России

В России социальные выплаты не всегда доходят до тех, кто в них нуждается

Forbes
Американские орнитологи опровергли эффект стола для пикников в Патагонии Американские орнитологи опровергли эффект стола для пикников в Патагонии

Редкие залетные птицы — не показатель присутствия новых видов

N+1
Открыть в приложении