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

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
Учёные рассчитали, сколько шагов в день нужно проходить на самом деле Учёные рассчитали, сколько шагов в день нужно проходить на самом деле

Сколько шагов в день достаточно, чтобы снизить риск возникновения заболеваний

Inc.
Био-механизм Био-механизм

Пауки, пожалуй, самые высокотехнологичные существа на планете

Вокруг света
Чешское образование. Речь Филипа Рота на вручении американской литературной премии Чешское образование. Речь Филипа Рота на вручении американской литературной премии

Отрывок из книги Филипа Рота «Зачем писать?»

СНОБ
Где лечиться? Где лечиться?

В какую поликлинику идти – государственную или частную

Домашний Очаг
Эффект дома Эффект дома

После реновации дом в Подмосковье приобрёл своё собственное лицо

SALON-Interior
25 вещей, которые на самом деле ненавидят женщины 25 вещей, которые на самом деле ненавидят женщины

Эта статья поможет тебе прожить чуть более счастливую и долгую жизнь

Maxim
Предельный Туле Предельный Туле

Край мира: где его искать

Вокруг света
«Современная смерть. Как медицина изменила уход из жизни» «Современная смерть. Как медицина изменила уход из жизни»

Отрывок из книги Хайдера Варрайч «Современная смерть»

N+1
Миллион лет во льдах: ученые выделили самую древнюю ДНК в истории науки Миллион лет во льдах: ученые выделили самую древнюю ДНК в истории науки

Извлечение и секвенирование самого старого образца ДНК, известного науке

Популярная механика
От шаровар к легинсам: в чем женщины занимались спортом раньше и в чем сейчас От шаровар к легинсам: в чем женщины занимались спортом раньше и в чем сейчас

Какой путь прошел женский спортивный костюм за историю своего существования?

Cosmopolitan
История одного здания: Дом Зингера в Петербурге История одного здания: Дом Зингера в Петербурге

Дом Зингера — одно из самых узнаваемых зданий на Невском проспекте

Культура.РФ
Ваши сотрудники — это ваш бизнес. Четыре урока заботы о людях от успешных CEO Ваши сотрудники — это ваш бизнес. Четыре урока заботы о людях от успешных CEO

Заботьтесь о своих сотрудниках — и тогда они позаботятся о вашем бизнесе

Inc.
Парни поделились главными вещами, которым их научили отцы Парни поделились главными вещами, которым их научили отцы

Эти отцовские уроки запоминаются на всю жизнь

Playboy
Попрыгай, и отеки уйдут! 8 эффективных лайфхаков — советует врач Попрыгай, и отеки уйдут! 8 эффективных лайфхаков — советует врач

Почему появляются отеки и как быстро привести себя в порядок?

Cosmopolitan
Мария Аронова. Бабье счастье Мария Аронова. Бабье счастье

Актриса Мария Аронова о семье, слабостях и страхе одиночества

Караван историй
Мигрень: что нужно знать? Мигрень: что нужно знать?

Всё самое новое о профилактике и лечении мигрени

Домашний Очаг
Необычные блюда: треска в соусе мисо, шоколадный пирог и суп из потрохов Необычные блюда: треска в соусе мисо, шоколадный пирог и суп из потрохов

Алексей Зимин делится классными рецептами приготовления небанальных блюд

Cosmopolitan
Telegram Павла Дурова выпускает бонды: что с этим не так Telegram Павла Дурова выпускает бонды: что с этим не так

Стоит ли инвестировать в бонды Telegram и о чем не говорит Павел Дуров

Forbes
Проще простого: 8 лайфхаков для уборки Проще простого: 8 лайфхаков для уборки

Полезные советы для тех, кто хочет тратить время на бесконечную работу по дому

Домашний Очаг
Идущие вместе Идущие вместе

Похоже, в моде, как некогда в искусстве, появляются свои школы

Vogue
Алкогений №75: Л. И. Брежнев Алкогений №75: Л. И. Брежнев

Леонид Ильич Брежнев не был алкоголиком ельцинского калибра

Maxim
Гнезда ос помогли выявить старейший наскальный рисунок кенгуру Гнезда ос помогли выявить старейший наскальный рисунок кенгуру

В Австралии около 17300 лет назад впервые нарисовали кенгуру

N+1
Какую профессию выбрать: руководство для тех, кто еще не определился с призванием Какую профессию выбрать: руководство для тех, кто еще не определился с призванием

Присмотрись к нашим рекомендациям, если ты до сих пор недоволен своей работой

Playboy
Любовь в зрелом возрасте: где и как ее искать? Любовь в зрелом возрасте: где и как ее искать?

Как еще раз построить отношения в зрелом возрасте

Домашний Очаг
«И все-таки она вертится» и еще 4 фейковые цитаты великих людей «И все-таки она вертится» и еще 4 фейковые цитаты великих людей

Разбираемся, кто же что сказал на самом деле. Или не говорил

Cosmopolitan
Одна вокруг света: встреча с бизонами и несанкционированная ночевка в Йеллоустоуне Одна вокруг света: встреча с бизонами и несанкционированная ночевка в Йеллоустоуне

106-я серия о кругосветном путешествии москвички и ее собаки Греты

Forbes
Общение с сородичами повысило выживаемость самок жирафов Общение с сородичами повысило выживаемость самок жирафов

Жизнь в группе снижает уровень стресса у самок жирафов и помогает им искать пищу

N+1
Сонливость днем: причины и способы перестать быть Спящим красавцем Сонливость днем: причины и способы перестать быть Спящим красавцем

Список факторов, провоцирующих дневную сонливость

Playboy
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
Открыть в приложении