- septiembre 29, 2021
- Posted by: IMINOX
- Categoría: Transporte
¿Qué metales se utilizan en la construcción de los vehículos espaciales modernos?… Primero, el aluminio, un material utilizado ampliamente en los aviones que pasó de la aviación a la construcción de cohetes, sin embargo, sus propiedades no son del todo satisfactorias, ya que es ligero y dúctil, pero no lo suficientemente resistente.
A principios del siglo XX se desarrolló en Alemania el duraluminio, una aleación de aluminio con cobre, manganeso, magnesio y silicio. Por su ligereza y resistencia se utiliza en estructuras de aviones, trenes de alta velocidad, tranvías, automóviles y autobuses, sin embargo, este material tiene baja soldabilidad por lo que las piezas de duraluminio suelen estar remachadas o atornilladas para garantizar la estanqueidad, que es la capacidad para evitar que entren partículas externas al interior de una pieza, pudiéndose utilizar en lo que se llama compartimientos de cohetes “secos”.
El cuerpo del primer satélite artificial del mundo que se colocó en órbita alrededor de la Tierra en 1957, el Sputnik-1, estaba hecho de una aleación similar a la del duraluminio; los tanques del misil balístico de dos etapas R-7 que fue el primer vehículo de lanzamiento soviético, también estaban hechos de una aleación de aluminio y magnesio. Se inicia entonces una competencia por la carrera espacial entre la Unión Soviética y los Estados Unidos dando como resultado el desarrollo de muchas aleaciones más robustas que contienen hasta diez componentes, demostrando ser las más resistentes y ligeras las de aluminio y litio.
Segundo, el acero inoxidable. Tras el inicio de la producción de cohetes multietapa, se acabó el uso de un diseño con cuerpos de acero monobloque, como el del V-2 que se fabricaban con varios grados de acero inoxidable. Sin embargo, se continúa utilizando en la industria aeroespacial, ya que es un metal superior a las aleaciones de aluminio en términos de dureza. Las estructuras de acero inoxidable que deben soportar cargas espaciales sin deformarse, han demostrado ser más compactas y ligeras.
Actualmente, los tanques del propulsor se construyen de acero inoxidable y cabe destacar, que estas enormes estructuras tienen paredes muy delgadas, por ejemplo, el amplificador American Centaur tiene una pared con un grosor de 0.51 mm. La estructura mide 12.68 m de alto y 3.05 m de diámetro y para que no se derrumbe por su propio peso, su forma se mantiene mediante la creación artificial de presión interna, como si fuera un globo inflado por aire.
El tercer metal más común que se utiliza en los cohetes es el cobre. Es pesado pero tiene una conductividad térmica excelente. La pared interior del motor de un cohete está hecha de aleaciones de cobre (típicamente cromo-cobre) y puede soportar el calor que sale de las boquillas durante el lanzamiento a una temperatura de 3,000°C.
Otros metales utilizados en los cohetes son el titanio y la plata, importantes desde el punto de vista tecnológico, pero no en volumen, ya que son utilizados en menores proporciones y es que al poner una nave espacial en órbita, cada kilogramo cuenta y el peso unitario del titanio es 1.6 veces mayor que el del aluminio. Además, el titanio y sus aleaciones, así como la plata son mucho más costosos que el acero inoxidable y las aleaciones de aluminio.
En el mundo moderno, los metales y aleaciones son reemplazados por vidrio y fibra de carbono y en la industria aeroespacial no es la excepción. Los cuerpos de los transbordadores espaciales reutilizables estadounidenses, tienen un sistema de protección térmica construido con siete materiales diferentes de fibra y cerámica.
Otra innovación es el uso de grandes impresoras 3D con las que se puede crear elementos de una sola pieza y formas complejas para naves espaciales. Esta nueva tecnología permite evitar soldaduras, plegados y otras operaciones que son imposibles para algunos metales ligeros. Los materiales utilizados para la impresión 3D son varias aleaciones metálicas, incluyendo las de acero inoxidable.
En este tema de cohetes no podemos dejar de mencionar a Elon Musk y a su empresa “Space X”, quien a finales de 2018 mencionó que la nave “Starship” estaría construida de acero inoxidable y que llevaría al hombre a Marte.
Musk confía en las tecnologías metalúrgicas modernas para logar su objetivo y el acero inoxidable austenítico 301 será su aliado. En su empresa “Space X” se llevaron a cabo investigaciones, inversiones de millones de dólares en equipos para la fabricación de cuerpos de cohetes de fibra de carbono y para realizar pruebas, pero se desmantelaron en marzo de 2019. En septiembre de ese mismo año, anunció formalmente que “Starship” sería fabricado con acero inoxidable invirtiendo solo 10 millones de dólares en material en lugar de 400-500 millones de dólares y además, las naves espaciales serán reutilizables.
Según Elon Musk, un kilogramo de fibra de carbono cuesta 135 dólares y si se tienen en cuenta los rechazos, puede llegar a costar hasta 200 dólares. Por el contario, un kilogramo de acero inoxidable cuesta alrededor de 3 dólares, no hay escases -ya que hay muchos productores de inoxidable en todo el mundo- y se han desarrollado y probado aleaciones que resisten bien los cambios de temperaturas, lo que es bueno para manejar las temperaturas ultra bajas del propulsor.
Con esto, queda claro que el acero inoxidable seguirá siendo un material clave para la industria aeroespacial por mucho tiempo.
Referencia bibliográfica: