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很難想象去火星的大火箭外殼竟然和家裡用的不鏽鋼盆材質是一樣的,難道不能整點高大上的材料嗎?比如碳纖維啥的?不鏽鋼做火箭外殼真的靠譜嗎?
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  • 1 # 身輕如雁

    spaceX的星艦一開始設計方案就是採用碳纖維的複合材料的。

    2016年馬斯克公佈了一項行星際運輸火箭的設計方案,也就是當時所稱的“行星際運輸系統”(ITS),當時公佈的設計方案是三種不同的火箭組成,一是ITS助推器,運載火箭的第一級,二是ITS宇宙飛船,用於長期太空飛行的飛船,作為火箭的第二級,三是ITS太空加油火箭,另一種第二級,設計用於攜帶更多推進劑,在太空中為其他ITS火箭加油。

    當年的“行星際運輸系統”(ITS)效果圖

    2017年9月,在國際宇航大會第68屆大會上,馬斯克公佈了最新的火箭細節,那時候火箭的名字叫BFR(Big Falcon Rocket,不是某些人說的Big Fuck Rocket),當時宣稱使用大直徑碳纖維複合材料製造共底儲箱和箭體,一直到2018年12月之前,spaceX和馬斯克在所有的場合都宣稱使用碳纖維複合材料來製作這個火箭。當時spaceX還宣佈在洛杉磯港濱海大道要修建一個新的工廠,用來生產碳纖維複合材料的火箭,2018年11月還將BFR的上面級重新命名為星艦(Starship)。

    spaceX當年製造的全尺寸,直徑12米的複合材料液氧儲箱

    前澤友作跟半加工的材料儲箱在一起

    不過2018年12月8日,馬斯克在推特上回復一位粉絲提問時候,突然宣佈將BFR設計改變,將用某種“金屬”來製作儲箱和箭體。然後有美國的爬牆黨在德州的Boca Chica測試場發現馬斯克在用金屬製造某種大傢伙,照片曝光後一片譁然,這種坑坑窪窪的玩意是在做火箭?

    然後馬斯克又在推特里面對此進行了確認,並且公佈所用的金屬就是市面上銷售的300系列不鏽鋼板。從此星艦採用不鏽鋼做箭體和儲箱材料已成定局。spaceX關閉了洛杉磯港的工廠,並且銷燬了大量的複合材料製作模具。

    洛杉磯港工廠關閉前大量模具成為垃圾

    馬斯克在當時透過推特,回答了粉絲們對於更換材料為不鏽鋼的疑問。

    一方面,他認為碳纖維複合材料太貴,同時製作進度太慢,而不鏽鋼則便宜很多。而在加工方面,明顯不鏽鋼的加工難度要比碳纖維複合材料要小很多,加工速度也更快。

    另一方面,他認為碳纖維複合材料的減重效果並沒有看上去那麼好。不鏽鋼看起來密度更大會更重,但是綜合整體強度重量比,也就是達到同樣強度付出的重量代價,反而不鏽鋼佔有優勢。低溫處理後的不鏽鋼硬度上堪比鈦合金,而且耐高溫性好,比鋁合金有優勢。在低溫和高溫環境下不鏽鋼的強度重量比要優於碳纖維複合材料,只有在室溫下比碳纖維複合材料差。

    同時SpaceX與Ames研究中心簽署的協議表明,Ames研究中心將提供熱防護材料用於星艦的再入熱防護。據信Ames研究中心將提供在X-37B上使用的一種名叫TUFROC的特殊複合材料塗層,這種塗層密度低,隔熱防熱一體化,可以在飛船再入的時候有效進行隔熱,而且耐燒蝕效能極好,X-37B上的使用經驗表明,飛船返回後可以做到基本沒有燒蝕,這就可以滿足星艦的複用要求。而且這種材料可以直接貼在不鏽鋼表面,再加上不鏽鋼本身也耐高溫,這樣飛船返回的時候貼敷TUFROC的面積也更小,為了貼敷隔熱材料付出的重量代價也更小。

    X-37B的前部就是使用的TUFROC材料

    可以看出來,用不鏽鋼替代碳纖維複合材料是馬斯克綜合考慮成本、強度、耐熱性、可加工性等各方面因素的結果。至於付出多大的重量代價,就有待於星艦上天以後,SpaceX釋放出更多的細節才能知道。不過目前,我們還是尊重馬老闆的決定吧。

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