اعتماد SpaceX به استنلس استیل در پروژه‌ی مریخ نورد Starship

برای اولین بار در یک برنامه فضایی، شرکت اسپیس ایکس (SpaceX) تصمیم گرفته است تا برای انجام برنامه‌های خود به منظور تجمیع‌سازی انسان‌ها در مریخ، از کیفیت منحصر به فرد فولاد (استنلس استیل) استفاده کند. ایلان ماسک پروژه مریخ نورد استارشیپ را با هدف کاهش هرینه‌ پرواز‌های هوایی در سال 2020 آغاز کرد تا با کاهش هزینه‌ها، بتواند امکان تجمیع‌سازی انسانها در مریخ را فراهم کند. تیم spaceX در حال کار بر روی توسعه سفینه Starship است که شامل یک سیستم پرتاب کاملاً قابل استفاده مجدد و با بودجه خصوصی، برای پروازهای فضایی بین سیاره ای و مداری می‌شود. 

بازگشت دوباره استنلس استیل

نکته‌ای که امروزه این فضاپیما رو منحصر به فرد می‌کند، مواد انتخاب شده در بدنه این موشک و تقویت کننده فوق سنگین آن است. در ابتدا قرار بود که از فیبر کربن برای پیش بردن این پروژه استفاده شود اما اسپیس-ایکس اعلام کرد که قصد دارد برای ساخت بدنه و بوستر موشک استارشیپ، بجای فیبر کربن از استنلس استیل سری 300 استفاده کند.

اعلام این خبر از طرف اسپیس-ایکس به نوعی تعجب‌آور به نظر می‌آمد زیرا از سال 1950 که استفاده از این ماده در برنامه‌ی موشک بالستیک اطلس قاره پیما (ICBM)، پروژه را با شکست مواجه کرد، دیگر شاهد استفاده از استنلس استیل در فضاپیماها نبودیم. با این حال با توجه به اینکه این موشک برای سفرهای بین سیاره‌ای ساخته شده است، انتخاب جنس ماده در موفقیت این پروژه نقش بسیار مهمی دارد.

ساخته شده از مواد مناسب

وقتی صحبت از سفرهای فضایی می‌شود، نقطه ذوب بالای استنلس استیل یک مزیت بزرگ به شمار می‌آید. آلومینیوم یا فیبر کربن برای توانایی کار طولانی مدت به دمای کاری زیر ۱۵۰درجه سانتیگراد نیاز دارند. همچنین اگر در دمای ۱۸۰تا ۲۰۰ درجه سانتیگراد به کار برده شوند، برای مدت نسبتا کوتاهی می‌توانند مورد استفاده قرار بگیرند. چرا که خواص مکانیکی این مواد در این دما شروع به افت می‌کند. برخی از الیاف کربن می‌توانند به طور مداوم در دمای 200 درجه سانتیگراد کار کنند، اما این الیاف نیز با کاهش مقاومت همراه هستند.

اگر اتلاف و پراکندگی گرما به خوبی کنترل شود، استنلس استیل می‌تواند تا دمایی بین 820-870 درجه‌ی سانتیگراد هم عملکرد خودش را حفظ کند. به همین دلیل است که اسپیس-ایکس قصد دارد تا سیستم نوآورانه‌ای را  برای محافظ حرارتی سفینه استارشیپ طراحی کند. این شیلد قرار است تا از محفظه در مقابل دمای بالایی‌ که هنگام ورود به اتمسفر سیاره‌ها (مانند مریخ – زمین) تجربه میکند محافظت کند.

این شیلد حرارتی از دو لایه استنلس استیل که با یک رشته تراورس عمودی به همدیگر متصل شده‌اند و در بین آن آب جریان دارد، طراحی شده است. همچنین در سطح خارجی این شیلد نیز میکرو عملگرهایی طراحی شده‌اند که که با ترشح آب، به پایین آمدن دما در پروسه‌ خنک سازی کمک میکنند.

همانطوری که در بالا به آن اشاره کردیم، کم کردن هزینه‌ی سفر به مریخ نقش بسیار مهمی در موفقیت این پروژه دارد که حتی در این قسمت هم استنلس استیل نسبت به رقبای خود دارای برتری است. حدودا هر کیلوگرم فیبر کربن 135 دلار قیمت دارد و بیش از یک سوم آن هم در فرایند تولید تبدیل به ضایعات میشود. در واقع به این صورت می‌توان گفت که برای هر کیلوگرم فیبر کربن مصرفی نیاز به 200 دلار وجود دارد، در حالی که مقدار برابری از استنلس استیل هزینه‌ای نزدیک به 3 دلار برای کارگزار به جا می‌گذارد.

استنلس استیل، گزینه‌ای که SpaceX نیاز داشت

هنگام پرتاب یک سفینه به خارج از جو زمین، هر گرم بایستی محاسبه و در نظر گرفته شود تا در صورت امکان حذف شود. همانطور که می‌دانید فولادها گزینه‌ای سبک وزن محسوب نمی‌شوند، اما ویژگی‌های منحصر به فرد استنلس استیل آن را  به بهترین انتخاب برای کاهش وزن تبدیل می‌کند.

در تاریکی و سرمای فضا، دما در یخبندان منفی 270 درجه سانتیگراد تخمین زده می‌شود. در این دماهای برودتی، استحکام استنلس استیل تا 50 درصد افزایش پیدا می‌کند. کروم نیکل موجود در ساختار استنلس استیل به این معنی است که حتی در دماهای بسیار پایین نیز شکننده نمی‌شود.

برای یک موشک بین سیاره‌ای، شکل‌پذیری بالا، چقرمگی بالا و احتمال شکستگی بسیار کم در هنگام کار در محیط‌های برودتی، بهترین ماده را به وجود می‌آورد .این ویژگی ها به این معنی است که می‌توان از مواد کمتری استفاده کرد، وزن را کاهش داد و استنلس استیل را برای سفرهای فضایی بسیار قابل دوام کرد.

استارشیپ برای استفاده مکرر طراحی شده است و اسپیس ایکس ادعا می‌کند که این سفینه می‌تواند تنها یک ساعت پس از فرود آمدن، دوباره برای پرتاب مجدد آماده شود. با در نظر گرفتن این موضوع، تیم مهندسی مواد این شرکت بر روی یک آلیاژ جدید استنلس استیل با درصد کروم بالاتر کار کرده است. این آلیاژ 304L حتی در برابر خوردگی و تخریب نیز مقاوم‌تر است و آن را برای استفاده مجدد و مستمر در پروژه تجمیع‌سازی انسان‌ها در سیاره‌‌های مختلف مناسب می‌کند.

قطعا خلاقیت و مهارت بالای مهندسان اسپیس-ایکس و همچنین دلاوری و رشادت فضانورد‌هایی که قصد انجام این سفر بین سیاره‌ای را دارند بسیار ستودنی است، اما باز هم قدرت جاودانه‌ی فولاد است که کمک می‌کند تا رویای فرود انسان بر روی مریخ عملی بشود.

جمع‌بندی

در این مقاله که از وبسایت ورد استیل (World Steel) ترجمه شده است، تلاش کردیم تا شما را با ویژگی‌های منحصر به فرد استنلس استیل آشنا کنیم. شما همراهان همیشگی فولادینو می‌توانید برای مشاهده مقالات مشابه و همچنین قیمت روز انواع محصولات فولادی به وبسایت فولادینو مراجعه کرده و از خدمات ارائه شده توسط این وبسایت استفاده کنید.