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
Нового зауропода из Узбекистана описали по единственному хвостовому позвонку Нового зауропода из Узбекистана описали по единственному хвостовому позвонку

Учены обнаружили нового динозавра из группы зауропод

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
Второе пришествие суборбитальной баллистики Второе пришествие суборбитальной баллистики

Какие полеты изменят этот век?

Наука
Alibaba Alibaba

История мирового восхождения от первого лица

kiozk originals
Здоровая спина: 12 простых домашних упражнений Здоровая спина: 12 простых домашних упражнений

Какие упражнения для спины можно выполнять дома

РБК
Карина-вирус! Карина-вирус!

В это тревожное время героиней обложки стала главная медсестра страны

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
Пчелы оценили количество объектов при помощи нечисловых параметров Пчелы оценили количество объектов при помощи нечисловых параметров

Пчелы использовали неколичественные параметры для подсчета объектов

N+1
10 современныx фильмов про отношения детей и родителей 10 современныx фильмов про отношения детей и родителей

Фильмы на тему родительства, всех его граней и оттенков

Seasons of life
«Делаю древнюю мудрость актуальной»: бывший монах из списка Forbes советует, как прокачать свою жизнь «Делаю древнюю мудрость актуальной»: бывший монах из списка Forbes советует, как прокачать свою жизнь

Качества, которые открывают двери к любым целям

Forbes
Почему у тебя могут сохнуть глаза ночью (да, так бывает) Почему у тебя могут сохнуть глаза ночью (да, так бывает)

Крайне неприятное ощущение

Playboy
Бойцы академического фронта Бойцы академического фронта

Деятели советской науки готовились к будущей войне с конца тридцатых годов

Наука
Что ты мне привез? Что ты мне привез?

Разбираемся на реальном примере, насколько выгодна доставка продуктов

Cosmopolitan
Оптическая томография поможет выявить поддельный паспорт Оптическая томография поможет выявить поддельный паспорт

Быстрый, недорогой и чувствительный метод обнаружения подделок

N+1
Одна вокруг света: индейские легенды и национальные парки США Одна вокруг света: индейские легенды и национальные парки США

108-я серия о кругосветном путешествии москвички Ирины Сидоренко и ее собаки

Forbes
Пять самых известных политзаключенных Пять самых известных политзаключенных

Самые известные политзаключенные в истории

Maxim
Моя семья и другие звери Моя семья и другие звери

История любви Николая и Татьяны Дроздовых длиной в сорок четыре года

Tatler
«Были проблемы с деньгами»: близкий друг Андрея Мягкова о его последних годах «Были проблемы с деньгами»: близкий друг Андрея Мягкова о его последних годах

Георгий Штиль вспоминает давнего приятеля Андрея Мягкова

Cosmopolitan
Красота неземная: где лучше всего на нашей планете наблюдать звездное небо Красота неземная: где лучше всего на нашей планете наблюдать звездное небо

На Земле еще есть места, где можно восхититься красотой звезд

Популярная механика
Бьюти-эволюция Инстасамки: как изменилась популярная блогерша из Тобольска Бьюти-эволюция Инстасамки: как изменилась популярная блогерша из Тобольска

Хип-хоп-певица Instasamka не так давно обновила «тюнинг»

Cosmopolitan
Наше, родное: российские сериалы 2020-го, которые ничем не уступают «Нетфликсу» Наше, родное: российские сериалы 2020-го, которые ничем не уступают «Нетфликсу»

Российские сериалы, в которых прекрасно все — история, герои, режиссура

Cosmopolitan
«Черт с ним, с закрытым рестораном, мне было жалко людей»: ресторатор Евгений Ничипурук о лубочной русской кухне и выживании в кризис «Черт с ним, с закрытым рестораном, мне было жалко людей»: ресторатор Евгений Ничипурук о лубочной русской кухне и выживании в кризис

Интервью с ресторатором Евгением Ничипуруком о том, как бизнес пережил кризис

Forbes
10 душераздирающих фильмов, которые заставят вас плакать 10 душераздирающих фильмов, которые заставят вас плакать

10 чудесных лент, во время просмотра которых мы можете заплакать!

Cosmopolitan
Ученые смоделировали глобальную тектоническую историю Земли за миллиард лет Ученые смоделировали глобальную тектоническую историю Земли за миллиард лет

Глобальная реконструкция тектонических перемещений литосферных плит Земли

N+1
«Чтобы стать предпринимателем, нужно разозлиться». Основатель Social Capital Чамат Палихапития — о быстром успехе, ошибках и смысле денег «Чтобы стать предпринимателем, нужно разозлиться». Основатель Social Capital Чамат Палихапития — о быстром успехе, ошибках и смысле денег

Чамат Палихапития — один из самых влиятельных людей в Кремниевой долине

Inc.
«Я смог бы сыграть всё» «Я смог бы сыграть всё»

Почему Антон Шагин не снимается в рекламе и не повторяется в ролях

OK!
Проверено на себе Проверено на себе

Vogue выбрал самых перспективных художниц в мире макияжа

Vogue
Как американский психолог приехал смотреть советские психбольницы и стал великим документалистом Как американский психолог приехал смотреть советские психбольницы и стал великим документалистом

Поездка в СССР изменила жизнь Альберта Мэйслеса и историю документального кино

Weekend
Кишечная палочка подавила развитие опухолей в человеческих клетках Кишечная палочка подавила развитие опухолей в человеческих клетках

Бактериальный фермент повысил выживаемость мышей с онкологическими заболеваниями

N+1
Открыть в приложении