Đi tìm bí mật về loại vật liệu được Elon Musk dùng để chế tạo tên lửa vũ trụ

[therealrtz]

Chẳng phải ngẫu nhiên mà công ty SpaceX của Elon Musk lại không sử dụng sợi carbon truyền thống, mà lại lựa chọn vật liệu mới là thép không gỉ.



Có lẽ trên thế giới, giờ đây chỉ còn rất ít người chưa nghe đến cái tên tỷ phú Elon Musk, doanh nhân sở hữu tập đoàn công nghệ Tesla và SpaceX.

Và mới đây nhất, Elon Musk lại khiến giới khoa học vũ trụ đứng ngồi không yên khi tuyên bố sẽ chế tạo tên lửa vũ trụ bằng thép không gỉ. Vì sao ông lại làm điều này?

Elon Musk là người giàu nhất hành tinh, nhưng thói đời càng giàu thì càng phải tính toán chi ly, và tiền của ông cũng không phải là vô hạn. Trong một cuộc phỏng vấn gần đây, ông nói rằng mục đính chính cho sự giàu có của mình là đẩy nhanh sự tiến hóa của nhân loại thành một nền văn minh vũ trụ. Ông nói: "Tôi muốn đóng góp nhiều nhất có thể cho thành phố trên sao Hỏa. Việc này cần rất nhiều tiền".

Vậy ta hãy xem vì sao Elon Musk quyết định đóng tàu vũ trụ bằng thép không gỉ chứ không phải sợi carbon truyền thống như một số nhà nghiên cứu đề xuất trước đây .

Không phải là chuyên gia về vật liều bền, chúng ta không đi sâu vào vấn đề kỹ thuật, cho dù đây là lần đầu tiên vật liệu thép không gỉ được sử dụng trong việc xây dựng tàu vũ trụ sau những thất bại ban đầu trong chương trình Atlas vào cuối những năm 1950. Điểm bất lợi khi đó là thép được sử dụng quá mỏng nên các bộ phận có thể sụp đổ dưới trọng lượng của chính chúng.

Nhưng lần này, sự trở lại thép không gỉ chủ yếu gắn liền với giá thành, và đây chính là yếu tố quan trọng nhất. Theo các chuyên gia tính toán, sợi carbon có giá trung bình 135 USD/kg và chỉ khoảng 35% nguyên liệu có thể được tái chế trong quá trình sản xuất sản phẩm. Vì vậy, chi phí thực của vật liệu là gần 200 USD/kg, cao hơn nhiều so với chỉ 3 USD của thép không gỉ trên tàu của SpaceX.

Một ưu điểm quan trọng của thép là nó có nhiệt độ nóng chảy cao. Cao hơn nhiều so với nhôm, và cho dù sợi carbon không nóng chảy, nhựa cũng sẽ phân hủy ở một nhiệt độ nhất định. Vì vậy, nhiệt độ của các bộ phận làm bằng nhôm hoặc sợi carbon để chúng hoạt động ổn định được giới hạn trong khoảng 150 độ C, với sai lệch không quá lắm. Có một số sợi carbon có thể chịu được nhiệt độ 200 độ C, tuy sau đó chúng sẽ có vấn đề về độ bền.

Nhưng các bộ phận làm bằng thép có thể chịu được 820 - 870 ° C mà không gặp bất kỳ vấn đề gì. Hầu hết các loại thép trở nên rất giòn khi chúng đạt đến nhiệt độ đông lạnh. Nếu bạn làm nguội một bộ phận bằng thép cacbon điển hình bằng nitơ lỏng và sau đó dùng búa đập vào, nó sẽ vỡ ra như thủy tinh. Điều này đúng với hầu hết các loại thép, nhưng không đúng với thép không gỉ có hàm lượng crom-niken cao. Kim loại như vậy, ngay cả ở nhiệt độ âm 160 độ C, vẫn đủ dẻo và bền mà không bị phá hủy.

Độ dẻo dai của vết nứt cũng là một đặc tính quan trọng, bởi nếu sản phẩm có một vết nứt nhỏ, vật liệu có độ dẻo cao có thể ngăn vết nứt lan rộng. Và nếu các chu kỳ lặp đi lặp lại của nhiều ứng suất rung xảy ra, ngay cả những khuyết tật nhỏ trong vật liệu cũng không lan truyền.

Ví dụ, gốm sứ là một vật liệu tốt, nhưng các vết nứt dễ dàng lan rộng trong đó. Ngay sau khi một vết nứt bắt đầu, sự phá hủy ngay lập tức xảy ra. Nó dễ vỡ như thủy tinh.

Trong buổi giới thiệu nguyên mẫu Starship với kích thước đầy đủ từ SpaceX, Elon Musk nói rằng nhờ sử dụng thép, không phải 400-500 triệu USD sẽ được chi cho nguyên vật liệu của một tên lửa mà con số chỉ là 10 triệu USD. Và đây sẽ là những con tàu có thể tái sử dụng.

VietBF @ Sưu tầm