Используются ли композиты в космических программах?

Из того, какие компоненты ракет-носителей в настоящее время используют композитные материалы, этот слайд из презентации НАСА « Усовершенствованные композитные конструкции и технологии материалов для ракет-носителей » (PDF) довольно хорошо рассказывает историю композитов на современных ракетах-носителях (презентация от марта 2011 г.):

Кроме того, некоторые суборбитальные космические самолеты также используют композиты, например, полностью углеродно-композитный корпус Virgin Galactic SpaceShipTwo и, в некоторой степени, весь суборбитальный флот Virgin Galactic, включая SpaceShipOne и их базовые корабли, которые они запускают в воздухе . от, Белый Рыцарь Два и Белый Рыцарь соответственно. Все они построены калифорнийской аэрокосмической компанией Scaled Composites корпорации Northrop Grumman .

Будет ли будущая орбитальная ракета-носитель LauncherOne компании Virgin Galactic использовать какую-либо из своих частей, изготовленных из композитов, неясно, однако, из того немногого , что мне известно о ее предлагаемой конструкции , но она также будет запущена в воздухе со своего корабля-носителя (Scaled Composites WhiteKnightTwo). корпус на композитной основе.

НАСА также изучает возможность использования композитов для будущих миссий по исследованию космоса (не только ракет-носителей и модулей экипажа, но также зондов, посадочных модулей, вездеходов и т. д.) и объявило о партнерстве в области исследований композитов с Bell, GE, Lockheed Martin, Northrop Grumman, Boeing, United Technologies Corporation и Pratt & Whitney в сентябре 2013 г.

Ранее НАСА работало над конструкцией герметичного корпуса исследовательского корабля Orion , полностью изготовленного из композитных материалов , чтобы получить собственный опыт работы с композитами, тестировать композитный криогенный топливный бак и при необходимости может использовать более легкий композитный кожух полезной нагрузки на некоторых ракетах-носителях. быть, поэтому у них явно есть намерения использовать композиты в будущем.

SpaceX Falcon 9 также использует то, что мне показалось, обтекатель полезной нагрузки из армированного углеродным волокном полимера (судя по изображениям, представленным в потоке веб-трансляции перед его последним седьмым полетом ), но он, безусловно, сделан из композитов, как указано на странице SpaceX на Falcon . 9 . Вместе с НАСА они также построили углеродно-композитную несущую конструкцию для теплозащитного экрана первого космического корабля Dragon (Фото предоставлено SpaceX/Roger Gilbertson):

• Используются ли композиты (широко) в ракетах-носителях или космических кораблях?

Да, почти с самого начала НАСА. Например, в Saturn V использовались композиты.

Обратите внимание, что «композит» — это общий термин, означающий волокна, удерживаемые в матрице. Углеродное волокно — это всего лишь один вид волокна, хотя и модный, с высоким модулем Юнга. Стекловолокно, базальт и арамид (кевлар) являются другими волокнами. Матрицы включают термореактивные пластики, такие как полиэстер, и многие виды эпоксидных смол. Даже фанера технически является композитом: древесные волокна связаны клеевой матрицей. Композиты без углеродного волокна достаточно прочны для первичной конструкции: самолеты Рутана, бесчисленное количество парусников, фанерный De Havilland Mosquito.

• Какие аргументы против использования композитов в этом контексте?

Если производство не контролируется жестко (например, график температуры и давления во время отверждения матрицы), будут обнаружены изменения в свойствах композита: плотности, теплопроводности, кривых напряжение-деформация, сопротивлении распространению трещин, сопротивлении расслаиванию, йада йада. Инженеры, не склонные к риску, предпочитают металл: если вы видели один слиток алюминия, вы видели их все. (Во времена Saturn V в деловом мире говорили, что никого никогда не увольняли за рекомендацию IBM.)

Некоторые дополнения к ответу TildalWave:

Солнечные батареи МКС поддерживаются телескопическими мачтами, в которых используются изогнутые стержни из стекловолокна для возможности телескопирования и обеспечения жесткости конструкции. (Источник: эта статья )

Для последней миссии по обслуживанию Хаббла носители, на которых были установлены новые инструменты в грузовом отсеке Атлантиды, были полностью изготовлены из композитных материалов. (Источник: эта страница НАСА )

Я хотел бы добавить композиты с керамической матрицей в список возможных композитных материалов!

Существует несколько программ, в которых тестируются эти передовые керамические материалы (например, SHEFEX I–III от Немецкого аэрокосмического центра). Положительными свойствами являются, например, термостойкость, коррозионная стойкость и изоляция (электрическая и тепловая) при относительно низкой плотности...