Космосу необходимы редкозёмы, медь, алюминий, титан, бериллий, вольфрам, нержавейка и много чего ещё, чем мы рассказывали в Telegram-канале ПРОметалл..
В конце прошлой недели компания SpaceX вышла на IPO, сделав её хозяина Илона Маска первым в мировой истории долларовым триллионером. Компании удалось привлечь 1,77 триллиона долларов в амбициозный космический стартап по созданию орбитальных дата-центров и не только.
Однако даже огромная куча денег автоматически не превращается в реализованный проект. Для этого нужны производственные мощности, специалисты и материалы.
Напомним, что далеко не все инициативы Илона Маска заканчивались успешно. Некоторые из них вообще остались только на уровне заявки.
Взять, например, проект высокоскоростной транспортной системы «гиперлуп»: перевозка пассажиров на скорости 1000 км в час в капсулах по трубам, из которых откачан воздух — эта идея тихо умерла, и три года назад Маск ликвидировал свою компанию, которая проектом занималась.
Также отметим вполне очевидную вещь, что акции имеют свойство как расти в цене, так и падать, и мир видел массу спекулятивных пузырей, которые аккумулировали значительные финансовые ресурсы, а потом с шумом лопались. Причём нередко в основании под ними была вполне здравая идея, которую со временем благополучно реализовывали — но только не биржевые спекулянты. Человечество видело такие истории даже задолго до современной высокотехнологичной цивилизации.
Например, организаторы «панамской аферы» в XIX веке спекулировали на вполне реальной теме — будущем строительстве Панамского канала, соединяющего океаны. Но только построили его в итоге совсем другие люди и гораздо позже, а слово «Панама» надолго стало синонимом биржевой аферы.
Но, однако, не будем о грустном. Допустим, у Маска всё получится. Каковы количественные параметры его проекта? Отметим, что его компания декларирует вполне сжатые сроки реализации — десять лет. Насколько можно понять, речь идёт о проекте из нескольких составных частей.
В центре — не просто развитие системы связи Starlink, а создание орбитальных дата-центров на базе специализированных спутников AI-1 и строительство на земле «мегафабрики» Terafab по выпуску компьютерных чипов, в первую очередь необходимых для потребностей самого проекта.
В рамках проекта предполагается увеличить количество запускаемых на орбиту ракет до 1000 в год, а спутниковую группировку Маск хочет нарастить до 40 тысяч единиц с нынешних 10 600 штук. При этом спутников в реальности нужно будет за 10 лет изготовить гораздо больше. Ведь их срок службы порядка 5 лет (если не брать чрезвычайные ситуации, без которых всё равно не обойтись — так, в мае 2026 года SpaceX объявила о намерении свести с орбиты 100 спутников из-за обнаруженной в них общей производственной ошибки).
Сегодня группировка Starlink теряет в среднем по спутнику в день, но уже вскоре это количество возрастёт, по прогнозам американских специалистов, до 5 в сутки, а при резком наращивании группировки — и до 20. Иными словами, если через 10 лет Маск хочет иметь группировку в 40 тысяч спутников, произвести их нужно с большим запасом.
Что же с точки зрения металлов SpaceX для этого потребуется? Интересно, что конструкторы Маска при создании своих ракет Starship отказались от использования углеродного волокна или алюминиевых сплавов, отдав предпочтение старой доброй нержавеющей стали.
Специально для проекта была разработана марка стали 30X, которая превзошла по характеристикам стали серии 301 и 304 (с которыми тоже экспериментировали). Точный состав, насколько нам известно, не публиковался, но речь идёт об аустенитной нержавеющей стали (система железо-хром-никель со специально подобранными легирующими добавками).
Данная сталь считается коррозионностойкой, но как раз это её качество не особенно важно — в космосе нечему ржаветь. Главное в том, что она отличается высокой прочностью, хорошей свариваемостью, отличными криогенными свойствами (а ведь топливо — это жидкий кислород, с которым приходится контактировать). Кроме того, она оказывается дешевле ряда альтернативных вариантов.
Например, ранее SpaceX использовала в своих ракетах Falcon-9 алюминиево-литиевый сплав, но он оказался в 10 раз дороже нержавейки — 40 долларов за килограмм против 4 (да к тому же и сваривался гораздо хуже), а по углеродному волокну разница оказалась ещё выше. Способность нержавеющей стали выдерживать высокие температуры (более 1000 градусов по Цельсию) снижает потребность в обширной тепловой защите при входе в атмосферу, в отличие от углеродного волокна, которое теряет прочность при температуре выше 200 градусов. Эта устойчивость позволяет использовать более лёгкий тепловой экран.
Любопытно также, что применение нержавеющей стали позволяет отказаться от необходимости покраски ракеты. С учётом её общей высоты в 120 метров это позволяет снизить вес (а конструкторы борются буквально за каждый килограмм полезной нагрузки). Наконец, аустенитная сталь немагнитна — а значит, не даст в космосе магнитных помех для чувствительной аппаратуры...
Выпуск 1000 ракет в год (даже при условии, что они будут многоразовыми — Маск-то уже говорил про 10 тысяч пусков в год в перспективе) потребует минимум 305 тысяч тонн только нержавеющей стали в год (по некоторым экспертным оценкам, на одну ракету уходит порядка 305 тонн нержавейки без учёта производственных потерь, хотя есть и более высокие оценки).
Со спутниками, которых будут десятки тысяч, подсчёт такой. Первые из них, которые сейчас потихоньку сводят с орбиты, весили 250 кг, однако те, которые готовят специально под проект Starship (серия Starlink V3), будут весить уже под две тонны каждый. Из них до половины веса будут составлять алюминиевые сплавы. Порядка 6% веса — источники энергии, литий-ионные батареи. Порядка 15% веса — карбон (возможно, его доля в перспективе увеличится за счёт металла).
Тугоплавкие металлы, такие как титан, никелевые сплавы, вольфрам и тантал, используются на спутниках там, где требуется исключительная надёжность: в маховиках, деталях ионных двигателей и крепеже.
Сколько и чего будет в аппаратуре, которую выведут на орбиту, мы сказать затрудняемся, но она явно также потребует использования металлов, включая редкие и редкоземельные. В ракетном двигателе Raptor, разработанном для новой ракеты Starship, очевидно будут применяться медьсодержащие сплавы — в камере сгорания, например (вероятно, бериллиевая бронза).
Отдельный интересный вопрос — потребность проекта в редких и редкоземельных металлах. Например, Маск анонсировал строительство орбитального дата-центра, который будет потреблять один гигаватт электрооэнергии.
Получать эту энергию планируют от солнца, и размещение соответствующего количества солнечных панелей в космосе потребует порядка 20 тонн галлия, что на фоне его нынешнего годового производства в мире в пределах 600–800 тонн, довольно значимый объём. В соплах ракет, а также в системах защиты спутников от радиации будет использоваться вольфрам — по 300–800 кг на ракету. На тысячу ракет и тысячи спутников в год — это тоже заметный для рынка объём.
В спутниках Starlink и системах навигации используются мощные редкоземельные магниты (NdFeB) на основе неодима, празеодима, диспрозия и тербия. Такие газы, как криптон и ксенон, понадобятся для ионных двигателей спутников Starlink. Этот список можно продолжать.
В целом стоит отметить, что новый шаг в развитии космонавтики безусловно расширит рынок новых материалов... При этом Россия также включается в «космическую гонку» — на том экономическом уровне, который ей сегодня доступен.
Как раз в тот день, когда на SpaceX пролился долларовый дождь, Президент России Владимир Путин в своём выступлении отметил, что наша страна наращивает собственную низкоорбитальную группировку спутников: «Вот совсем недавно был очередной пуск… Плюс 16 аппаратов вывели. Этого, конечно, абсолютно недостаточно. Но самое главное, что проблема решена технологически, интеллектуально. Вопрос в масштабировании, это требует определённого времени».
Больше лёгкого чтива для тяжёлых будней ищите на нашем сайте и в Telegram-канале.