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
Редчайшие австралийские попугайчики вывели рекордное количество птенцов Редчайшие австралийские попугайчики вывели рекордное количество птенцов

Специалисты: редчайшие попугайчики вывели почти 90 птенцов

N+1
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
7 типов плохих начальников, которые уверены, что они хорошие 7 типов плохих начальников, которые уверены, что они хорошие

Типы руководителей, которые мешают работе и карьере подчиненных

Psychologies
Когда защита слабеет Когда защита слабеет

Почему одни люди часто болеют ОРВИ, а другие вообще не простужаются?

Лиза
Нас не сломаешь! Нас не сломаешь!

Как избежать остеопороза

Лиза
Сила воли: что мешает нам добиваться цели Сила воли: что мешает нам добиваться цели

Проблема отсутствия силы воли – в образе жизни, который ее ослабляет

Psychologies
Временной кристалл впервые создали при комнатной температуре и в микромасштабе Временной кристалл впервые создали при комнатной температуре и в микромасштабе

Физики создали магнонный кристалл с периодической структурой во времени

N+1
Что делать, если на машину упал снег с крыши. Инструкция Что делать, если на машину упал снег с крыши. Инструкция

Куда обращаться и что делать, если автомобиль раздавило снежным комом

РБК
Корпорации узнали о менопаузе: как меняется аудитория фемтех-стартапов Корпорации узнали о менопаузе: как меняется аудитория фемтех-стартапов

Сфера фемтех-стартапов за последние два года существенно выросла

Forbes
Узнай по прошлому девушки, с какими сложностями в отношениях ты столкнешься Узнай по прошлому девушки, с какими сложностями в отношениях ты столкнешься

Что тебя ждет в обществе новой барышни?

Maxim
7 отвратительных фильмов, снятых по мотивам видеоигр 7 отвратительных фильмов, снятых по мотивам видеоигр

Подборка настолько плохого кино, что от него мог бы сесть кинескоп

Maxim
Истина где-то рядом: загадочная смерть Элизы Лэм Истина где-то рядом: загадочная смерть Элизы Лэм

История гибели канадской студентки Элизы Лэм четыре года назад потрясла США

Cosmopolitan
Как тиктокер Костя Киевский попал под статью за хулиганство на протестах и набрал 800 000 подписчиков Как тиктокер Костя Киевский попал под статью за хулиганство на протестах и набрал 800 000 подписчиков

Что грозит Косте Киевскому после ареста и как складывалась карьера тиктокера?

Forbes
Медиация: решаем конфликты с помощью профессионального посредника Медиация: решаем конфликты с помощью профессионального посредника

Медиатор — помощник в решении конфликтных ситуаций и экологичных разводах

Psychologies
Отношение масс протона и электрона измерили с помощью спектроскопии холодных молекулярных ионов Отношение масс протона и электрона измерили с помощью спектроскопии холодных молекулярных ионов

Физики измерили отношение масс протона и электрона, остудив их

N+1
Синдром отличника Синдром отличника

Актер «Гоголь-центра» Михаил Тройник — о выборе, искусстве и точных науках

OK!
Почему есть грибы полезно и для организма, и для планеты Почему есть грибы полезно и для организма, и для планеты

Рассказываем о всех особенностях грибов и развеиваем мифы о них

РБК
Как правильно брить подмышки: полное руководство для гладкого результата Как правильно брить подмышки: полное руководство для гладкого результата

К процессу бритья надо подходить с умом

Playboy
«Нищебродов прошу не писать»: могут ли деньги сделать вас настоящим мужчиной «Нищебродов прошу не писать»: могут ли деньги сделать вас настоящим мужчиной

Григорий Туманов — о том, как связаны маскулинность и деньги

Forbes
8 книг о важном: как говорить с детьми на серьезные темы 8 книг о важном: как говорить с детьми на серьезные темы

7 книг, которые помогут тебе поднять сложные темы в разговоре с ребенком

Cosmopolitan
Говорить ли с детьми о политике? Говорить ли с детьми о политике?

Как разговаривать с детьми о политике сегодня?

Psychologies
Редкие новозеландские чайки помешали строительству католического собора Редкие новозеландские чайки помешали строительству католического собора

Птицы поселились на планируемом месте его строительства, и тревожить их нельзя

N+1
Мы уйдем из зоопарка Мы уйдем из зоопарка

Татьяна Алешичева о Берлине 70-х в сериале «Мы дети станции „Зоо“»

Weekend
«Да» значит «да», но можно передумать»: юрист Анна Ривина — о концепции согласия в отношениях «Да» значит «да», но можно передумать»: юрист Анна Ривина — о концепции согласия в отношениях

Как зафиксировать сексуальное согласие?

Forbes
Молодежь против «жирных котов» с Уолл-стрит: как цифровое поколение меняет правила игры на рынке Молодежь против «жирных котов» с Уолл-стрит: как цифровое поколение меняет правила игры на рынке

Раздувание стоимости акций с помощью сетевых атак соблазняет многих

Forbes
Скандинавский стиль Скандинавский стиль

Мадс Миккельсен — самый сексуальный мужчина Дании

Glamour
«Орлиный коготь» и еще три провальные спецоперации «Орлиный коготь» и еще три провальные спецоперации

Не пытайтесь повторить эти операции

Maxim
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
12 фильмов кинофестиваля в Берлине 12 фильмов кинофестиваля в Берлине

Самые интересные фильмы Берлина-2021

Weekend
Открыть в приложении