Starship

Fundamentos de manufactura aeronáutica

IAM24-01EAlma Laura Bonifas Hernández 11522Moises Mancera Enciso 11548María José López Sosa 11635Saraí García Gómez 11351Jesús Arturo Mosqueda Lara 11634José Octavio Ronquillo Orta 11566

Starship

¿Qué es el starship?

El Starship es un sistema de transporte espacial totalmente reutilizable desarrollado por SpaceX, diseñado para llevar tripulación y carga a órbita terrestre, la Luna, Marte y más allá.Está compuesto por dos elementos: un propulsor de primera etapa llamado Super Heavy y una nave espacial de etapa superior de 165 pies de alto llamada Starship.

Características

Características

Está conformada por un módulo y un propulsor con 33 motores Raptor, los cuales tienen la capacidad de duplicar la potencia del famoso Saturno V, una de las máquinas espaciales más sorprendentes de la historia.

Materiales

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Tiene una capacidad de carga de 100 a 150 toneladas y puede viajar a cualquier lugar del mundo en menos de una hora.SpaceX planea comenzar a lanzar Starships a Marte en 2026, con misiones no tripuladas para probar la confiabilidad de los aterrizajes intactos en Marte.

SpaceX utiliza acero inoxidable en la construcción de la nave espacial Starship es un material muy resistente, y por otro, es mucho más económico.La nave se utilizó un innovador sistema construido de acero, el cual tiene la facultad de proteger el escudo térmico de la Starship, una vez que esta entra en contacto con una atmósfera como la de Marte.El acero, por su parte, puede soportar fácilmente temperaturas de 820° a 870° C. El acero es un material 100% reciclable y más barato que la fibra de carbono.

- El acero soporta temperaturas de 810 ºC, frente a los 149 ºC de la fibra de carbono y el aluminio, que habrían sido frágiles en la reentrada - El acero se vuelve más fuerte a temperaturas criogénicas, como las del metano líquido que usa Starship como combustible.- El acero resiste mejor las microfracturas, como las que puede sufrir un cohete diseñado para aterrizar y volar muchas veces.- Y sobre todo, el acero cuesta $3/kg frente a los $135/kg de la fibra de carbono.

Los principales motivos y beneficios del uso del acero inoxidable como material principal en el cohete son que:

Motor raptor

El cohete tiene dos partes o "etapas", el propulsor Super Heavy y la nave Starship, que apiladas miden 121,3 metros de altura: 71 del Super Heavy y 50,3 de la Starship, en la que viajarán los tripulantes y la carga útil cuando el sistema de lanzamiento esté operativo.Mientras que el Raptor 1 era un amasijo de cables y conducciones, las líneas limpias del Raptor 3 parecen casi irreales. Según Musk, toda esa complejidad que veíamos en los primeros Raptor se ha trasladado al interior de cada motor usando la tecnología de impresión 3D para metales. De este modo, para acceder a algún componente interno del motor lo más sencillo es cortar el motor y volver a soldarlo.

El Raptor es un motor de combustión escalonada de flujo total, lo que significa que el combustible y el oxidante se queman en una cámara de combustión y luego se expanden a través de una tobera para producir empuje.Es un motor cohete de combustible líquido que utiliza metano líquido densificado y oxígeno líquido como propelentes. Está diseñado para la reutilización completa de todas las etapas del lanzador y está pensado para ser utilizado en la nave espacial Starship.

El cohete cuenta con 33 motores en la parte del super heavy, y 6 motores en la parte del starship.3 de estos 6 motores son optimizados para el nivel del mar y los 3 restantes son optimizados al vacío.

El mecanizado CNC es crucial en la manufactura de los componentes de la Starship, debido a la alta precisión para las aplicaciones espaciales.

Mecanizado CNC para la manufactura

La nave tiene una geometría muy compleja por lo que las tolerancias en las variaciones son mínimas. Para ello se utilizan softwares como CAD/CAM con el fin de optimizar operaciones y minimizar los errores.Un ejemplo de ello son las cupulas del tanque de combustible, las cuales requieren dimensiones precisas para garantizar el sellado y la integridad.

Starship FabricacióN.

La fabricación de la Starship se divide en tres partes: motores, tanques de combustible y ensamblaje con acero inoxidable. La primera etapa utiliza 33 motores Raptor, diseñados por SpaceX en Texas. Estos motores emplean metano y oxígeno líquido como combustible, y destacan por el uso de impresión 3D, lo que permite crear componentes complejos más ligeros, con un diseño simplificado y mayor fiabilidad.

A pesar de que el mecanizado CNC resulta muy útil para la manufactura de la nave se presentan los siguientes retos.

DESAFÍOS DEL Mecanizado CNC

1. Materiales de alta resistencia: El uso de materiales como el titanio y el Inconel afectan los procesos de manufactura por su alta dureza, provocando un desgaste significativo en las herramientas.
2. Estrés térmico: El mismo mecanizado CNC genera una gran cantidad de calor, provocando expansión térmica, afectando la precisión dimensional de las piezas, para ello se utilizan refrigerantes de alta presión y refrigeración criogénica.
3. Geometrías complejas: La nave cuenta con curvas complejas y características que son difíciles de mecanizar, para ello se utilizan maquinas CNC de ejes múltiples, permitiendo cortar desde múltiples ángulos.

Estos métodos reducen el riesgo de gritas por fatiga y concentradores de tensión.

Para solucionar los anteriores problemas, SpaceX ha tomado algunas medidas como:

Herramientas especializadas de SpaceX

SpaceX desarrolló herramientas de corte fabricadas con materiales de alto rendimiento como carburo y diamante policristalino, siendo más resistentes al desgaste y ofrecen un mayor tiempo de operaciones.Además, antes y durante el proceso se realizan pruebas excesivas con el fin de tener los mejores parámetros. Para ello se lleva un monitoreo en tiempo real proporcionando datos importantes como temperatura, desgaste, vibración, etc.

Tanques de combustible:Los tanques, hechos de acero inoxidable, almacenan metano y oxígeno líquidos criogénicos. Se fabrican ensamblando grandes cilindros de acero y utilizando soldadura avanzada para asegurar la integridad estructural y la contención del combustible a bajas temperaturas.

TANQUES DE COMBUSTIBLE

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Ensamble Starship

Ensamble con acero inoxidable:La estructura de la Starship se construye con anillos de acero inoxidable tipo 301, soldados entre sí para formar el fuselaje. El acero inoxidable es elegido por su resistencia térmica y durabilidad, facilitando su producción a gran escala y reduciendo costos en comparación con otros materiales.

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