משרד המלחמה
DOW-UAP-D120, AAWSAP DIRD, חומרים לפלטפורמות תעופה-חלל מתקדמות, ינואר 2010
DOW-UAP-D120_AAWSAP-DIRD-Materials-for-Advanced-Aerospace-Platforms-January-12-2010.pdf
תצוגות מהעמודים הראשונים של המסמך · בקובץ אין תמונה / רישום / קטע עיתונות.
// אין תצוגות מקדימות
הקובץ אינו מכיל תוכן ויזואלי שזוהה (תמונה / קליפינג / רישום). תוכן המסמך זמין דרך ה-OCR למטה ובהורדת המקור.
// הערת המראה
// מה תמצאו כאן?
// תקציר רשמי
מסמך זה הוא מסמך עזר מודיעיני ביטחוני (DIRD), פורמט עזר טכני שבו השתמשה סוכנות המודיעין הביטחוני (DIA) כדי לתעד ידע בסיסי בנושא מסוים לשימוש אנליטי עתידי. מוטב להבין מסמכי DIRD כתוצרי עזר וסינתזה ולא כמחקר מקורי. זהו אחד מ-38 מסמכי DIRD שהופקו במסגרת תוכנית יישומי מערכות נשק תעופתיות-חלליות מתקדמות (AAWSAP) בין 2009 ל-2011. מאחר שהיקפה של AAWSAP התיר מגוון רחב של נושאים תומכים, לא כל מסמך DIRD בסדרה עוסק ישירות במערכות תעופה וחלל או בהערכת איומים עתידיים. הסיכום שלהלן משקף את היקפו ואת מסגרתו של ה-DIRD בעת כתיבתו, ואין לקרוא אותו כמרמז על תיקוף עכשווי של הרעיונות הנדונים. DIRD זה סוקר את החומרים המבניים הדרושים לפלטפורמות תעופה-חלל מתקדמות וטוען כי אי אפשר להפריד את בחירת החומר מתכנון הכלי בכללותו, משום שמשגרים, כלי חלל, מערכות רב-פעמיות וחומרת הנעה ניצבים כל אחד בפני מגבלות שונות של טמפרטורה, עמידות, משקל וייצור. הדו"ח סוקר מגוון של קבוצות חומרים מועמדות, ובהן סגסוגות אלומיניום מתקדמות; חומרים מרוכבים בעלי מטריצה פולימרית, מטריצת אלומיניום ומטריצת טיטניום; סגסוגות טיטניום; סגסוגות על בסיס ניקל; מתכות עמידות-חום (רפרקטוריות); חומרים מרוכבים בעלי מטריצה קרמית; חומרים מרוכבים פחמן-פחמן; ואלומינידים של טיטניום. הוא מדגיש כי האיזון בין ביצועים לבין מגבלות מעשיות כגון שיטות ייצור, עלות, בדיקה, בקרת זיהום וסביבת השירות נותר אתגר מרכזי. מסקנתו הכוללת היא שקיימים חומרים מבטיחים רבים, אך התועלת שבהם תלויה בפשרות ייחודיות לכל יישום ובשילוב הדוק יותר של בחירת החומר עם התכנון והייצור, כאשר חלק מהמערכות נחשבות ליעדי פיתוח בעלי ערך רב יותר מאחרות. בוצעו השמטות כדי להגן על זהות עדי ראייה, מיקומי מתקנים ממשלתיים, או מידע פוטנציאלית רגיש על אתרים צבאיים שאינם קשורים ל-UAP. לא בוצעו השמטות בקבצים שפורסמו תחת הנחיית הנשיא טראמפ בנוגע למידע על טבעם או קיומם של מפגשים שדווחו כ-UAP או תופעות נלוות.
הצגת המקור באנגלית
// סיכום מורחב
"חומרים לפלטפורמות תעופה-חלל מתקדמות" (Materials for Advanced Aerospace Platforms) הוא מסמך עזר מודיעיני ביטחוני (DIRD) של כ-22 עמודים. הוא הוכן באגף תמיכת הרכש (DWO-3) של משרד ההתרעה הביטחונית בסוכנות המודיעין הביטחוני (DIA), במסגרת תוכנית AAWSAP, והמחבר מזוהה רק בכינוי "AAP Person 66". המסמך עובר על משגרים, על מודולי צוות רב-פעמיים, על כלים חד-שלביים למסלול ועל מנועי רקטה, ובוחן לכל אחד מהם אילו חומרים מבניים מתאימים, מה מגביל אותם וכמה עולה לייצר אותם. זהו סקר הנדסי, ואין בו עיסוק בעב"מים או בתצפיות.
רקע
לפי ההערה המנהלית בשער, המסמך הוא אחד מסדרת דו"חות על טכנולוגיה מתקדמת שהופקו בשנת הכספים 2009 בתוכנית יישומי מערכות נשק תעופתיות-חלליות מתקדמות (AAWSAP) של ה-DIA. פניות הופנו למנהל התוכנית, "AAP Person 1". בשער מופיעה גם אזהרה שאסור להפיץ הלאה את התצלומים, והעמודים מסומנים "בלתי מסווג / לשימוש רשמי בלבד".
כבר במבוא המחבר מציג את הטענה שמלווה את כל המסמך: את החומר צריך לבחור כחלק מהתכנון, ולא אחריו. כדוגמה הוא מביא את מעבורת החלל, שתוכננה לפי דרישות המשימה כמעט בלי להתחשב ביכולות החומרים, ולכן נאלצו לעשות בה פשרות בשלבים מאוחרים. הדוגמה הקיצונית היא מטוס החלל הלאומי (National Aerospace Plane, שכונה Orient Express). הוא תוכנן ככלי תקיפה רב-פעמי שיטוס במהירות 12 מאך, נתקע על מגבלות החומרים ובוטל ב-1993, אחרי כ-750 מיליון דולר של מחקר ופיתוח פדרלי. מכאן מסקנתו: לפני שמשקיעים שעות הנדסה, צריך להעריך את פער החומרים ולהכין תוכנית להפחתת הסיכון. המבוא מתאר גם את המעבר מתפיסת "אפס פגמים" לתפיסת "סבילות לנזק", ואת התקנים של חיל האוויר האמריקאי לשלמות מבנית של גופי מטוסים ושל מנועים.
מה כתוב במסמך
המסמך מחולק לפרקים על משגרים, על מודולי צוות רב-פעמיים ועל מערכות הנעה, ובסופו פרק סיכום. יש בו ארבעה איורים, שתי טבלאות ורשימת מקורות.
משגרים
הטמפרטורות בשיגור אינן גבוהות, חוץ מהאזור שליד פליטת המנוע. לכן, לחלקים שבהם החימום האווירודינמי אינו עולה על כ-125 מעלות צלזיוס, המועמדים העיקריים הם סגסוגות אלומיניום מתקדמות וחומרים מרוכבים מסיבי פחמן במטריצה פולימרית (PMC). סגסוגת האלומיניום-ליתיום 2090 קלה ב-8 אחוזים וקשיחה ב-10 אחוזים מסגסוגות קודמות, והסגסוגות 7050 ו-2050 עמידות יותר לשבר, כי הופחתו בהן שאריות של ברזל, כרום, מנגן וסיליקון. עמידות גבוהה יותר לשבר מאפשרת להרחיק זו מזו את מסגרות החיזוק בגוף, וכך לחסוך במשקל ובעלות. לדברי המחבר, הסגסוגות האלה טובות מהותית מאלה שבמשגר סטורן.
השיטה שמאפשרת לרתך סגסוגות כאלה היא ריתוך בחיכוך ועירבול (FSW, איור 1). כלי פלדה מסתובב מרכך את המתכת בחיכוך, בלי להתיך אותה, ו"לש" את שני החלקים לחיבור אחד. כך אפשר לוותר על חיבורים מכניים, שהם כבדים יותר ורגישים לעייפות. לפי המסמך, מכל הדלק החיצוני של המעבורת כבר מיוצר מאלומיניום-ליתיום בשיטה הזו.
החומרים המרוכבים כבר החליפו את האלומיניום בחלקים גדולים של בואינג 777 ו-787. במגע ישיר עם אלומיניום הם גורמים לקורוזיה גלוונית, ולכן בנקודות המגע משתמשים בטיטניום. המחבר משווה זאת לתותב הפלסטיק שאינסטלטור שם בין צינור נחושת לצינור ברזל. המסמך משווה בין שלוש שיטות ייצור:
- הנחה ידנית של יריעות "פרי-פרג": גמישה, אבל עתירת עבודה. השרף נשמר במקפיא, ויש לו חיי מדף מוגבלים.
- הנחה ממוכנת של סרטים: יעילה לגלילים, כמו מקטע גוף ה-787 שבאיור 2, אבל לא לצורות מורכבות.
- הזרקת שרף לאריג (RTM): מאפשרת חיזוק תלת-ממדי, אבל מוגבלת בצמיגות השרף ובגודל החלק.
עוד דנים כאן בחיבורים שקוטעים את רצף הסיבים, ובלהבי המאוורר המרוכבים של מנוע GE90, שלפי המסמך לא גרמו ביותר מעשר שנים לאף הוצאה לא מתוכננת של מנוע. המחבר מזהיר מפני "דחיסה אחרי פגיעה": ברד, כלי עבודה שנפל או גוף זר גורמים להתפרקות פנימית של שכבות, שאפשר לגלות רק בבדיקה על-קולית. תקרת הטמפרטורה של החומר נקבעת לפי השרף: אפוקסי עד כ-125 מעלות, ביסמלאימידים עד כ-175 מעלות, ופוליאימידים מסוג PMR עד כ-300 מעלות. חלק מהפוליאימידים מכילים מתילנדיאנילין, תרכובת מסוכנת. המחבר מציין גם פער מסחרי: שרפים חדשים באים מחברות קטנות שממומנות במענקי SBIR, והחברות הגדולות (BASF, DuPont, GE Plastics) אינן מתעניינות בחומרים שנמכרים בכמויות קטנות.
סגסוגות הטיטניום מתאימות למבנים עמוסים ולטמפרטורות שמעל כ-200 מעלות. Ti-6Al-4V משמשת יותר מ-40 שנה, למשל בארגז הכנף של B-1B. קורת כן הנסע של ה-777 עשויה מ-Ti-10V-2Fe-3Al, ועובייה מגיע ל-6 אינץ'. סגסוגות בטא מגיעות לחוזק של יותר מ-1,300 מגה-פסקל, אבל אז הסדק הקריטי מתקצר לכ-4 מילימטרים, וקשה לגלות אותו בבדיקות של כלי רב-פעמי. מעל 550 מעלות הטיטניום מגיב עם האוויר, ולכן עיבוד בחום נעשה באווירת ארגון או הליום.
מודולי צוות וכלים חד-שלביים רב-פעמיים
מאז מרקורי, ג'מיני ואפולו, המעבורת הייתה מודול הצוות הרב-פעמי הראשון, והאתגר המרכזי בה היה מערכת ההגנה התרמית (TPS). בתחילת הפיתוח נשקלה הגנה מתכתית, אבל לבסוף נבחרו אריחי קרמיקה לגחון ופחמן-פחמן לשולי הכנפיים, על מבנה מאלומיניום 2219. לפי המסמך, הפחמן-פחמן "מזדקן" ומאבד מעמידותו לשבר בחשיפה חוזרת לחום, וזה היה "גורם מרכזי" באסון קולומביה. המחבר כותב שעם הגנה מתכתית, "אפשר לטעון" שהאסון היה נמנע. הוא מזכיר גם את תוכנית DynaSoar, שבחנה סגסוגות עמידות-חום (Mo-0.5%Ti, וסגסוגות שבסריקה נקראות "Columbia-based", כנראה Columbium, כלומר ניוביום; קריאה לא ודאית) וציפוי MoSi2. במבט לאחור, לדבריו, לא ברור איך אפשר היה לצפות כך מבנה גדול.
כלי חד-שלבי רב-פעמי למסלול (SSO) יזדקק להגנה תרמית מתכתית ולמבנה חם. כל ליברה של משקל ריק נגרעת מהמטען, ושימושים צבאיים מוצאים במפורש מהיקף המסמך. טבלה 1 ממיינת את המועמדים לפי שלושה תחומי טמפרטורה (עד כ-250 מעלות, 250-550, ומעל 550) ולפי חמש תכונות. לפי הטקסט יש בה עשר קבוצות חומרים:
- אלומיניום: מוגבל לתא הצוות. המחבר מציע לבחון לוחות סנדוויץ' עם ליבת קצף אלומיניום.
- חומרים מרוכבים פולימריים: נפגעים מקרינה אולטרה-סגולה במסלול. קיים גם חשש מפליטת אדים רעילים.
- מרוכבים במטריצת אלומיניום (AMC): קשים לעיבוד. לפי המחבר, עם מטריצה מתאימה הם עשויים להתאים עד כ-200 מעלות.
- טיטניום: הבעיה היא "אלפא קייס", שכבה עשירה בחמצן שנוצרת על פני המתכת בחום (איור 3). התעשייה אינה סובלת אותה כלל, והמחבר מונה שש שאלות פתוחות לגביה. לפי המסמך, מנהלת החומרים והייצור של חיל האוויר מתחילה לבדוק אותן, לטובת כלי טיס על-קוליים. ה-SR-71 טס 34 שנה (1964-1998) במהירות של יותר מ-3.2 מאך, בעור שהתחמם ליותר מ-300 מעלות ועשוי בעיקר מ-B-120 VCA, בלי בעיות ידועות של אלפא קייס.
- מרוכבים במטריצת טיטניום (TMC): סיבי סיליקון קרביד מכפילים יותר מפי שניים את החוזק ואת הקשיחות (איור 4: Ti-6242 עם סיבי SCS-6). ערכי טבלה 2 לא נקלטו.
- סגסוגות ניקל ("על-סגסוגות"): משמשות מעל מחצית טמפרטורת ההתכה שלהן. הסגסוגת Inco 903, בעלת התפשטות תרמית נמוכה, איבדה את עמידותה לחמצון כשהוצא ממנה הכרום. נוצרה בה סדיקה שקיבלה שם משלה (SAGBO), אבל לדעת המחבר כדאי לחזור לסוג הזה.
- מתכות עמידות-חום: ב-1,250 מעלות, פריצה בציפוי של ניוביום גורמת לכשל הרסני מיידי, ולכן הן אינן מתאימות למבנים קריטיים.
- מרוכבים קרמיים (CMC): ב-SiC-SiC העמידות לשבר גבוהה פי 10, ושימוש ממושך אפשרי עד כ-1,400 מעלות. אבל התכונות נשחקות בשירות, ואין דרך להעריך בכמה. המחבר מכנה זאת תכנון "לא שמרני", ובכל זאת רואה בקבוצה הזו את המבטיחה ביותר.
- פחמן-פחמן: מוגן בציפוי ש"מרפא את עצמו" בכ-1,200 מעלות, אבל פגיע בטמפרטורות ביניים.
- גמא TiAl: עמיד ב-125 מעלות לפחות יותר מטיטניום רגיל, אבל משיכותו נמוכה עד כ-600 מעלות. פיתוחו נמשך יותר מ-30 שנה, והיום הוא משמש בלהבי טורבינה במנוע של GE לבואינג 787 ול-747-8 וברוטור מגדש טורבו של מיצובישי.
הלקח מסיפור ה-TMC
המחבר מספר בפירוט למה החומרים המרוכבים במטריצת טיטניום לא נכנסו לשימוש. בשנות ה-90 ייצרה את הסיב SCS-6 רק חברה אחת, Textron Specialty Materials בלואל שבמסצ'וסטס. היא החליטה למכור רכיבים מוגמרים במקום סיבים, אבל לא פיתחה את מומחיות הייצור הנדרשת. כמה כישלונות בולטים בניסויים, שלדעת המחבר נבעו מבעיות איכות ולא מהרעיון עצמו, הובילו לדרישות איכות מחמירות, ובעקבותיהן החברה הפכה לצוואר בקבוק. בסיבים חלופיים (Nicalon היפני ו-Sigma הבריטי) לא נעשה כמעט שימוש, משום שהחומר הוגדר אסטרטגי. מחקר עלויות מאמצע שנות ה-90 העריך עלות של כ-500 דולר לליברה בצריכה של 10,000 ליברות בשנה, אבל לא נמצאו מספיק שימושים. העבודה הופסקה אחרי השקעה ממשלתית של כ-500 מיליון דולר. הלקח לפי המחבר: לפני שמפתחים חומר מהפכני צריך מחקר שוק ועלויות, וחומר שמקורו במעבדה לאומית או באוניברסיטה לא צריך לעמוד על הנתיב הקריטי של תכנון.
מערכות הנעה וסיכום
הפרק עוסק רק במנועי רקטה רב-פעמיים. משאבות הטורבו של המנוע הראשי של המעבורת מסתובבות עד 35,000 סיבובים בדקה. בצד אחד שלהן פועלת טורבינה מסגסוגת ניקל, בסביבה עשירה במימן ובטמפרטורה של עד כ-1,050 מעלות. בצד השני פועלת משאבה קריוגנית מטיטניום, בחמצן נוזלי (90 קלווין) או במימן נוזלי (20 קלווין). המחבר ממליץ לפתח סגסוגת ניקל עמידה למימן כדי לקצר את השיפוצים בין משימות. הוא מערער על הבחירה בסגסוגת Ti-5Al-2.5Sn למשאבה הקריוגנית, שנעשתה לפי מבחן חוזק עם חריץ שמקורו בפלדות. לדבריו, עמידות לשבר היא מדד מתאים יותר. תא הבעירה עשוי מסגסוגת הנחושת NARloy-Z, ולדעתו עדיף להשקיע בחומרי טורבינה מאשר בתא בעירה קל יותר.
בסיכום המחבר חוזר לרעיון המרכזי: תכנון שבו צורה, תפקוד, יכולת ייצור ויכולת החומר הם אילוצים שווים. גישה כזו טרם יושמה בפרויקט גדול, אבל לדבריו היא מתקרבת להיות אפשרית. המכשול העיקרי הוא שחומרים חדשים אינם בשלים בזמן, וקהילת החומרים מנסה לטפל בכך במודלים ממוחשבים, תחום שעדיין צריך להבשיל.
פרטים בולטים
- מטוס החלל הלאומי (Orient Express), שתוכנן לטוס במהירות 12 מאך, בוטל ב-1993 אחרי כ-750 מיליון דולר, כי נתקע על מגבלות החומרים.
- המחבר מייחס חלק מרכזי באסון קולומביה להזדקנות חומר הפחמן-פחמן בשולי הכנפיים.
- מכל הדלק החיצוני של המעבורת רותך בשיטת ריתוך בחיכוך ועירבול.
- ה-SR-71 טס 34 שנה במהירות של יותר מ-3.2 מאך על סגסוגת טיטניום מסוג בטא.
- פיתוח ה-TMC נעצר אחרי כ-500 מיליון דולר ממשלתיים, בין השאר כי ספק יחיד שלט בסיב.
- משאבות הטורבו של המעבורת פועלות בכ-1,050 מעלות בצד אחד וב-20 קלווין בצד השני.
מה לא נמצא במסמך
- אין במסמך אזכור של עב"מים, של UAP או של לאס וגאס, המקום שרשום כמקום האירוע במטא-נתונים באתר.
- שמות המחבר ומנהל התוכנית הוחלפו בכינויים, וכתובת הפנייה בשער קטועה.
- התאריך 12 בינואר 2010 מופיע רק בכותרת ובמטא-נתונים של war.gov. ההערה בשער מייחסת את הסדרה לשנת הכספים 2009.
- ערכי טבלה 2 לא נקלטו בסריקה, טבלה 1 שבורה בחלקה, האיורים אינם קריאים בטקסט, ורשימת המקורות נקטעת אחרי הפריט השישי.
- התיאור הרשמי אומר ש"חלק מהמערכות נחשבות ליעדי פיתוח בעלי ערך רב יותר". בגוף המסמך הקביעה המפורשת היחידה מהסוג הזה היא העדפת חומרי טורבינה עמידים למימן על פני תא בעירה קל.
מונחים
- TPS: מערכת הגנה תרמית, המגן החום של כלי שחוזר לאטמוספרה.
- SSO: כלי חד-שלבי למסלול (Single-Stage-to-Orbit).
- PMC, AMC, TMC, CMC: חומרים מרוכבים במטריצה פולימרית, במטריצת אלומיניום, במטריצת טיטניום ובמטריצה קרמית.
- FSW: ריתוך בחיכוך ועירבול (Friction Stir Welding).
- אלפא קייס: שכבה קשה ושבירה, עשירה בחמצן, שנוצרת על פני טיטניום בחום.
// תוכן המסמך - תרגום
בלתי מסווג // לשימוש רשמי בלבד
חומרים לפלטפורמות תעופה וחלל מתקדמות
הוכן על ידי:
אגף תמיכה ברכש (DW0-3)
משרד ההתרעה הביטחוני
מנהלת הניתוח
סוכנות הביון הביטחונית (DIA)
מחבר:
AAP Person 66
הערה מנהלית
אזהרת זכויות יוצרים: אין להפיץ הלאה את התצלומים שבפרסום זה.
מוצר זה הוא אחד מסדרת דוחות על טכנולוגיות מתקדמות שהופקו בשנת הכספים 2009 במסגרת תוכנית יישומי מערכות נשק תעופתיות-חלליות מתקדמות (AAWSA) של משרד ההתרעה הביטחוני בסוכנות הביון הביטחונית. הערות או שאלות הנוגעות למסמך זה יש להפנות אל AAP Person 1, מנהל תוכנית AAWSA, סוכנות הביון הביטחונית, לידי: CLAR/DWO-3, בניין 6000, וושינגטון.
בלתי מסווג // לשימוש רשמי בלבד
תוכן העניינים
איורים
2. מטוס תובלה 747 בשינוי מיוחד פורק רכיב מרוכב של בואינג 787…
3. מיקרוגרף המראה היווצרות פאזה על פני סגסוגת טיטניום ש…
4. מיקרוגרף חתך של חומר מרוכב בעל מטריצת טיטניום
טבלאות
1. חומרים אפשריים לפי תחום טמפרטורת השימוש ולפי תכונה
חומרים לפלטפורמות תעופה וחלל מתקדמות
מבוא
"פלטפורמות תעופה וחלל מתקדמות" הוא נושא רחב שאפשר לחלק לכמה תת-נושאים צרים יותר, כדי לאפשר דיון תמציתי יותר בהתקדמות, באתגרים ובהזדמנויות בתחום החומרים. לפיכך מסמך זה דן בנפרד בכלי שיגור, בחלליות ובמערכות הנעה חלליות, משום שדרישות המפתח שלהם תלויות לעתים קרובות ביישום, והדבר משפיע על החלטות בחירת החומרים. נוסף על כך, למאיצים חד-פעמיים ולמאיצים רב-פעמיים דרישות עמידות שונות, המשפיעות ישירות על התכן ועל בחירת החומרים. יתרה מזו, הפרקטיקה ההנדסית הנוכחית התפתחה עד כדי כך שסינתזת התכן חייבת לשלב את המבנה ואת חומרי הבנייה כדי להשיג ביצועי מוצר מיטביים.
לדוגמה, מעבורת החלל תוכננה לעמוד בדרישות משימה שהכתיב הלקוח (טווח, מטען, משקל ריק, יכולת נחיתה וכדומה) בלי התחשבות משמעותית ובזמן אמת ביכולות החומרים. גישה זו הובילה לפשרות משמעותיות בשלבים מאוחרים של פיתוח המעבורת והבשלתה. (אפשר לטעון שכיום ניתן היה לתכנן את המעבורת ככלי יעיל יותר.) במקרה הקיצוני, כישלון הנדסי מרהיב היה המטוס החללי הלאומי (National Aerospace Plane, שכונה גם "אוריינט אקספרס"), שהושק כפרויקט צבאי ונועד להיות כלי תקיפה רב-פעמי במהירות מאך 12. הפרויקט נתקל במהרה במגבלות החומרים ובוטל ב-1993, לאחר הוצאות מחקר ופיתוח פדרליות של כ-750 מיליון דולר והשקעה ניכרת של המגזר הפרטי. הנקודה היא שכל תכנון "מדף חלק" חייב להתחיל בהערכת הדרישות מחומרי הבנייה, ולהיות מלווה בהערכה מציאותית של יכולתם של החומרים הזמינים כיום לעמוד בצרכים אלה. אם…
+ // המקור באנגלית
// Excerpt (first ~3,000 chars)
UNCLASSIFIED/ /Pel\ OPPICIAL USE ONLY
Materials for Advanced Aerospace Platforms
Prepared by:
Acquisition Support Division (DW0-3)
Defense warning Office
Directorate for Analysis
Defense Intelligence Agency
Author:
AAP Person 66
Administrative Note
COPYRIGHT WARNING: Further dissemination of the photographs in this publication is not authorized.
This product is one in a series of advanced technology reports produced in FY 2009
under the Defense Intelligence Agency, Defense Warning Office's Advanced Aerospace
Weapon System Applications (AAWSA
i
Program. Comments or questions pertaining to
this document should be addressed to MP Person 1
! AAWSA Program
Manager, Defense Intelligence Agency, ATTN: CLAR/DW0-3, Bldg 6000, Washington,
ii
UNCLASSIFIED/ /liOA OFFIOIAL li91!! ertt I
Contents
Figures
2. Specially Modified 747 Transporter Unloading a Boeing 787 Composite
3. Micrograph Showing Phase Formation at the Surface of a Ti Alloy That has
4. Cross-Section Micrograph of a Ti Matrix Composite.......................................... 15
Tables
1. Potential Materials by Use Temperature Regime and Property ......................... 10
iii
Materials for Advanced Aerospace Platforms
Introduction
"Advanced aerospace platforms" is a broad topic that can be divided into
several narrower subtopics to enable a more concise discussion of materials
advances, challenges, and opportunities. Consequently, this document
discusses the areas of launch vehicles, space vehicles, and space propulsion
systems separately because their key requirements are often application
specific, which affects materials selection decisions. In addition, single-use
and reusable boosters have different durability requirements that directly
impinge on design and materials selection. Furthermore, current engineering
practice has evolved to the point that design synthesis must integrate the
structure and construction materials to achieve optimum product performance.
For example, the space shuttle was designed to meet customer-imposed
mission requirements (range, payload, empty weight, landing capability, and
so forth) without significant real-time consideration of materials capability.
This approach led to significant compromises at later stages in the shuttle's
development and maturation. (Arguably, the shuttle could be designed as a
more efficient vehicle today.) In the extreme, a spectacular engineering
failure was the National Aerospace Plane (also dubbed the Orient Express),
which was launched as a military project and was intended to be a mach 12
reusable strike vehicle. This project rapidly became materials limited and was
canceled in 1993, after about $750 million in federal R&D expenditures and a
substantial private sector investment. The point is that any "clean sheet of
paper design" must start with an assessment of the requirements for
construction materials and be accompanied by a realistic assessment of the
capability of currently available materials to meet these needs. If th…
// Full OCR
// עוד ממהדורה 06