Elon Musk: por que eu estou construindo a nave estelar de aço inoxidável?

01/02/2019 | Fonte: ISSF

Musk informou no Tweeter em janeiro que o foguete anteriormente conhecido como BFR seria construído de aço inoxidável, em vez de fibra de carbono. Nesta entrevista exclusiva, ele diz ao PM editor em chefe Ryan D' Agostino porquê.

Então SpaceX está fazendo um foguete enorme de aço inoxidável. Tanto quanto sabemos, isso marca a primeira vez que o material tem sido usado na construção de naves espaciais desde algumas tentativas precoces, malfadadas, durante o programa Atlas no final dos anos 1950.

Sabemos que ele está fazendo isso porque, depois de semanas de rumores sobre um ajuste para o projeto, alguns dias antes do Natal Musk revelou que haveria muito mais do que um ajuste. O estado-da-a-arte de fibra de carbono formando o corpo do foguete Starship (anteriormente conhecido como o BFR, ou Big Falcon Rocket ) e seu Super Heavy Booster seria substituído por aço inoxidável da série 300.

Em 10 de Janeiro, Musk publicou no Tweeter, uma fotografia de uma versão de teste de Starship-essencialmente um protótipo que pode ser que pode ser usado para teste suborbital de voos - VTOL (decolagem vertical e desembarque), atingindo cerca de 16.400 pés.

Desde a quase revelação, Musk tem respondido brevemente algumas perguntas diretas dos curiosos Space-Watchers do ciberespaço via Twitter. Mas duas semanas antes do anúncio, ele sentou-se com o editor chefe de Mecânica Popular, Ryan D' Agostino na sede da SpaceX em Hawthorne, Califórnia, para uma entrevista exclusiva em que ele discutiu, em grande detalhe, o pensamento por trás da mudança. Ele falou muito mais do que isso e nós estaremos trazendo-lhe mais detalhes em breve. Por agora, aqui está o que ele disse sobre a grande mudança.

Ryan D' Agostino: você está ocupado redesenhando Starship.

Elon Musk: Sim. O projeto de Starship e o Super Heavy foguete Booster. Eu mudei para uma liga especial de aço inoxidável. Eu estava contemplando isso por um tempo. E isso é um pouco intuitivo. Levei um pouco de esforço para convencer a equipe a ir nessa direção.

Mas agora eu acredito que eles estão convencidos, eles estão convencidos. Estávamos perseguindo uma estrutura avançada de fibra de carbono, mas foi um progresso muito lento, e o custo por quilograma de $135. E depois há cerca de 35 por cento da taxa de sucata, você corta o tecido, e alguns que você não pode usar. É impregnado com uma resina de alta resistência, e é bastante complicado. E há 60 a 120 camadas.

RD: como é que o aço inoxidável se compara?

Em: a coisa que é contra-intuitiva sobre o aço inoxidável é, é obviamente barato, é obviamente rápido, mas não é obviamente o mais leve. Mas na verdade é o mais leve. Se você olhar para as propriedades de um aço inoxidável de alta qualidade, a coisa que não é óbvia é que a temperaturas criogênicas, a resistência é aumentada 50 por cento.

Na maioria dos aços, quando você atinge temperaturas criogênicas, eles se tornam muito frágeis. Você viu o truque com nitrogênio líquido no aço carbono: você pulveriza o nitrogênio líquido, você pode batê-lo com um martelo, ele quebra como o vidro. Isso é verdade na maioria dos aços, mas não no aço inoxidável que tem um alto teor de cromo-níquel. Isso realmente aumenta a resistência, e a ductilidade ainda é muito alta. Então você tem, tipo, 12 a 18 por cento ductilidade a temperatura de, digamos, menos 330 graus Fahrenheit. Muito dúctil, muito resistente. Sem problemas de fratura.

A tenacidade da fratura é uma propriedade onde se algo tem uma rachadura pequena, faz o material tender a prender a rachadura, ou faz a propagação da rachadura? Assim quando você atravessa ciclos repetidos do esforço múltiplo do vibracional, quanto uma imperfeição pequena no material se propaga?

RD: assim, alguns materiais podem parar suas próprias fissuras.

EM: Sim, como por exemplo a cerâmica-como um copo de café-é ruim para deter rachaduras. Uma vez que a rachadura começa, é como o vidro. Então dependendo de que tipo de metal você tem, alguns metais têm a melhor dureza da fratura do que outro-e a dureza da fratura pode variar com a temperatura. A tenacidade é tecnicamente a área da curva tensão-deformação. Então, como você colocar o stress em algo, quanta tensão-quanto pode o objeto deformar? Isso é um benefício importante.

O aço inoxidável foi algo que foi usado nos primeiros dias do Atlas. O Atlas adiantado era um tanque de aço do balão. Agora a falha no programa do Atlas adiantado era que o material era tão fino que desmoronaria seu próprio peso. Era como um balão de aço que literalmente não poderia mesmo levantar-se. Só desmoronaria como um castelo insuflável. Não poderia mesmo tomar uma carga pequena-havia uns casos múltiplos dos atlases adiantados que desmoronam literalmente na almofada e que causam um desastre.

Há um truque aqui, no entanto, que eu acho que é muito importante, quando você considera isso como um veículo de reentrada. Veja, aqui está o outro benefício do aço: tem um alto ponto de fusão. Muito mais elevado do que o alumínio, e embora a fibra do carbono não derreta, a resina começa a ser destruída em uma determinada temperatura. Então, tipicamente alumínio ou fibra de carbono, para uma temperatura de funcionamento de estado estacionário, você está realmente limitado a cerca de 300 graus Fahrenheit. Não é tão alto. Você pode fazer pequenas excursões breves acima disso, talvez 350. 400, estás mesmo a abusar. Enfraquece. E há algumas fibras de carbono que podem levar 400 graus Fahrenheit, mas então você tem queda de resistência.

Mas com o aço, você pode ter 1500, 1600 graus Fahrenheit.

RD: você tem toda uma equipe de metalurgia aqui?

EM: nós temos um grande grupo de materiais, mas, inicialmente, vamos simplesmente usar de alta qualidade 301 inoxidável. Há uma outra coisa importante que faz uma grande diferença. Para a subida você quer algo que é forte em temperaturas criogênicas. Para a entrada, você quer algo que pode suportar o calor elevado. Assim a massa do escudo térmico é conduzida pela temperatura na relação entre as telhas do protetor do calor e o frame do ar. Quer se trate de mecânica ou se é ligado-qualquer que seja o ponto de interface é-determina a espessura do escudo térmico.

Sobre o Dragão, por exemplo, a espessura das telhas do escudo térmico é realmente determinada pelo calor transferido a partir do escudo térmico até a linha de ligação das telhas com o escudo. Assim não é determinada pela erosão da telha. É determinada pela condutibilidade da telha à linha da ligação assim que nós não perdemos telhas enquanto está descendo. Você não quer ter telhas arremessadas para fora, basicamente.

Com o aço, agora você tem algo onde você pode confortavelmente estar a uma temperatura de interface de 1500 F em vez de, digamos, um 300 F, então você tem cinco vezes a capacidade de temperatura no ponto de interface. O que isso significa é que para uma estrutura de aço, o lado de sotavento da casca traseira não precisa de nenhuma blindagem de calor.

No lado Barlavento, o que eu quero fazer é ter o primeiro escudo térmico regenerativo. Um escudo inoxidável de parede dupla, como um sanduíche de aço inoxidável, essencialmente, com duas camadas. Você só precisa, essencialmente, duas camadas que são unidas com longarinas. Você flui o combustível ou a água entre a camada de sanduíche, e então você tem micro perfurações no exterior-perfurações muito minúsculas-e você essencialmente sangrar água, ou você pode sangrar combustível, através das micro perfurações do lado de fora. Você não iria vê-los a menos que você chegou perto. Mas você usa a transpiração de resfriamento para esfriar o lado Barlavento do foguete. Então a coisa toda ainda vai olhar totalmente cromado, como esta coqueteleira à nossa frente. Mas um lado será de paredes duplas e que serve um duplo propósito, que é para endurecer a estrutura do veículo para que ele não sofre com o destino do Atlas. Você tem um escudo térmico que serve o dever dobro como a estrutura.

Sim.

Ao melhor de meu conhecimento isto nunca foi proposto antes.

RD: esta é uma grande mudança.

EM: Sim.

RD: de onde virá o aço?

EM: é apenas inox tipo 301. Deixe-me colocá-lo desta forma: inox 304 é o que se utiliza para fabricar panelas. Tem bastante.

RD: o que isso fará com sua agenda?

EM: ele irá acelerá-la.

RD: porque é mais fácil trabalhar com aço?

EM: Sim. Muito fácil trabalhar com aço. Ah, e eu esqueci de mencionar: a fibra de carbono custa $135 por quilo, 35 por cento de sucata, então você está começando a aproximar-se quase $200 por quilo. O preço do aço inox é $3 por quilo.

RD: esta é uma boa ideia.

EM: Sim.