پروژه استارشیپ و استفاده از قابلیت‌های فولاد زنگ‌نزن

به گزارش می‌متالز، شرکت SpaceX که در سال ۲۰۰۲ با هدف کاهش هزینه سفر‌های فضایی (و در نهایت مهاجرت به مریخ) توسط ایلان ماسک تأسیس گردید، در حال توسعه پروژه Starship، به‌عنوان یک سیستم پرتابگر با قابلیت استفاده چندباره برای پرواز‌های بین‌سیاره‌ای و فضایی است. چیزی که این پرتابگر را منحصربه‌فرد می‌سازد ماده انتخاب‌شده جهت ساخت بدنه و بوستر فوق سنگین آن است. استارشیپ در ابتدا قرار بود با استفاده از به‌روزترین فیبر‌های کربنی ساخته شود، ولی پس از مدتی SpaceX اعلام کرد که فولاد‌های زنگ‌نزن سری ۳۰۰ را جایگزین فیبر کربن کرده است.
‌
می‌توان گفت که پس از تلاش‌های ناموفق در دهه ۵۰ میلادی جهت استفاده از این ماده در ساخت موشک بین‌قاره‌ای اطلس (ICBM)، این اولین بار است که از این فلز در ساخت یک موشک استفاده می‌گردد. هدف اصلی استارشیپ سفر‌های بین‌سیاره‌ای است و انتخاب مواد اولیه مناسب، برای تحقق هدف اصلی که سفر به چهارمین سیاره دور از خورشید است، یک فاکتور کلیدی به شمار می‌آید.

نقطه ذوب بسیار بالای فولاد زنگ‌نزن یک مزیت کلیدی در سفر‌های فضایی است. آلومینیوم و فیبر کربن باید در زیر دمای ۱۵۰ درجه سانتی‌گراد (در بازه‌های زمانی کوتاه تا حدود ۱۸۰ تا ۲۰۰ درجه سانتی‌گراد، آن هم با افت خواص مکانیکی) به کار گرفته شوند. برخی از انواع فیبر کربن می‌تواند به‌طور پیوسته تا دمای ۲۰۰ درجه سانتی‌گراد مورداستفاده قرار گیرد، اما آن‌ها هم با کاهش استحکام همراه است.

فولاد‌ها با دارا بودن قابلیت کنترل توزیع دما، می‌توانند تا دما‌های ۸۲۰ تا ۸۷۰ درجه سانتی‌گراد را به‌خوبی تحمل کنند؛ بنابراین ساخت یک سیستم نوآورانه با استفاده از فولاد می‌تواند به‌عنوان سپر حرارتی برای استارشیپ مورداستفاده قرار گیرد تا از سفینه در مقابل دما‌های بسیار زیادی که در بدو ورود به اتمسفر سیاره‌ای نظیر مریخ یا زمین ایجاد می‌گردد، محافظت می‌کند. سپر حرارتی از دو لایه فولاد زنگ‌نزن که توسط رشته‌هایی به هم متصل شده و آب بین آن‌ها جریان دارد، ساخته شده است. لایه خارجی میکرو سوراخ‌هایی دارد که به آب اجازه تراوش به خارج می‌دهد و دما را در سطح مطلوب نگاه می‌دارد.

کاهش هزینه سفر به مریخ یک فاکتور کلیدی جهت موفقیت کلی پروژه است و اینجاست که فولاد زنگ‌نزن در مقابل رقبا عملکرد بسیار بهتری از خود نشان می‌دهد. فیبر کربن هزینه‌ای در حدود ۱۳۵ دلار به ازای هر کیلوگرم دارد و بیش از یک‌سوم آن در طول فرایند تولید ضایعات می‌گردد. این بدان معنی است که قیمت واقعی هر کیلوگرم فیبر کربن حدود ۲۰۰ دلار است. این در حالی است که این مقدار فولاد زنگ‌نزن تنها ۳ دلار هزینه خواهد داشت.

زمانی که یک سفینه به خارج از جو کره زمین پرتاب می‌شود، هر گرم وزن باید محاسبه و در صورت امکان کم گردد. به‌طورکلی، فولاد‌ها یک گزینه سبک‌وزن در نظر گرفته نمی‌شوند، ولی دیگر ویژگی‌های منحصربه‌فرد فولاد‌های زنگ‌نزن آن را به‌عنوان بهترین گزینه جهت کاهش وزن مطرح می‌سازد. در تاریکی فضا دما به ۲۷۰- درجه سانتی‌گراد می‌رسد. در این شرایط محیطی بسیار سرد، استحکام فولاد زنگ‌نزن تا ۵۰ درصد افزایش می‌یابد. محتوای نیکل-کروم آن اجازه تُرد شدن فلز حتی در دما‌های بسیار پایین را نمی‌دهد. برای یک موشک بین‌سیاره‌ای، چقرمگی و انعطاف‌پذیری بالا با احتمال شکست پایین در دما‌های بسیار پایین، یک فاکتور حیاتی است. این ویژگی بدین معنی است که ماده کمتری در ساخت آن مورداستفاده قرار گرفته و با کاهش وزن سازه، فولاد زنگ‌نزن یک انتخاب مناسب جهت سفر‌های فضایی خواهد بود. استارشیپ جهت استفاده چندباره طراحی شده و ادعا می‌گردد که سفینه تنها یک ساعت پس از فرود، آماده پرتاب مجدد می‌گردد. با در نظر گرفتن این نکته، تیم انتخاب مواد شرکت SpaceX در حال کار بر روی یک گرید جدید از فولاد زنگ‌نزن است که نوعی آلیاژ ۳۰۴ L بوده و مقاومت بسیار زیادی در برابر خوردگی و تجزیه از خود نشان می‌دهد؛ بنابراین گزینه بسیار مناسبی جهت استفاده چندباره به شمار می‌آید.

بدیهی است که علاوه بر توانایی مهندسان SpaceX و شجاعت تیم فضانورد در اجرای این پروژه عظیم برای اولین بار، توانمندی همیشگی فولاد است که سفر انسان به مریخ را یک ایده بسیار تحقق‌پذیر می‌سازد.

منبع: Worldsteel.org

منبع: پایگاه خبری - تحلیلی ایراسین