SpaceX使用不銹鋼材質(zhì)制造星際飛船火星探索火箭
作者：admin 發(fā)布日期：2022/9/6 8:21:48
SpaceX借助鋼的特性來(lái)實(shí)現(xiàn)其火星移民計(jì)劃，這對(duì)于太空計(jì)劃而言尚屬首創(chuàng)。
埃隆·馬斯克（Elon Musk）于2002年創(chuàng)建了美國(guó)太空探索技術(shù)公司（SpaceX），旨在降低太空飛行的成本，實(shí)現(xiàn)火星移民。SpaceX正在開(kāi)發(fā)星際飛船，這是一種私人資助、完全可重復(fù)使用、用于星際和軌道空間飛行的發(fā)射系統(tǒng)。
星際飛船的獨(dú)特之處在于其火箭及“超級(jí)重型助推器”（Super Heavy Booster）的殼體選材。SpaceX最初計(jì)劃采用最先進(jìn)的碳纖維材料制造該飛船，但后來(lái)宣布將用閃閃發(fā)光的300系列不銹鋼材料來(lái)取代碳纖維。
這標(biāo)志著自20世紀(jì)50年代“阿特拉斯”洲際彈道導(dǎo)彈（ICBM）計(jì)劃失敗以來(lái)，人們首次在火箭中使用這種材料。然而，由于星際飛船旨在用于星際旅行，因此材料選擇是SpaceX能否成功到達(dá)火星（離太陽(yáng)第四近的行星）的一個(gè)重要因素。
不銹鋼的卓越性能使星際飛船能夠應(yīng)對(duì)極高和極低溫度
采用合適的材料制成
不銹鋼的一大優(yōu)勢(shì)在于熔點(diǎn)很高，適用于太空旅行。鋁或碳纖維的穩(wěn)態(tài)下最高工作溫度為150°C，在180°C~200°C的溫度范圍內(nèi)可短期工作，但這將弱化材料的性能。一些碳纖維材料在200°C的溫度下可連續(xù)工作，但材料的強(qiáng)度將有所降低。
在進(jìn)行適當(dāng)?shù)纳峥刂魄闆r下，鋼可以在820℃~870℃的高溫下正常工作。因此，一種創(chuàng)新的鋼制系統(tǒng)將用于星際飛船的隔熱層，保護(hù)飛船在進(jìn)入火星或地球等具有大氣層的星球時(shí)免受高溫破壞。
隔熱層有兩個(gè)以縱向加強(qiáng)條連接的不銹鋼層，水在其間流動(dòng)。隔熱層外部設(shè)有微孔，水可以從中“滲”出，通過(guò)蒸發(fā)冷卻的方式保持低溫。
要想實(shí)現(xiàn)火星移民計(jì)劃，降低飛行成本至關(guān)重要，不銹鋼在這一點(diǎn)上再次脫穎而出。碳纖維的成本為每公斤135美元，在加工過(guò)程中至少會(huì)產(chǎn)生30%的廢料，這意味著其實(shí)際成本大約為每公斤200美元。而同等重量的不銹鋼僅需花費(fèi)3美元。
不銹鋼極具成本效益、性能卓越，這對(duì)SpaceX成功實(shí)現(xiàn)其火星移民計(jì)劃來(lái)說(shuō)至關(guān)重要
勇?lián)请H航行的重任
當(dāng)把飛船發(fā)射到地球大氣層外部空間時(shí)，必須考慮到每一克的重量，并盡可能地減輕重量。在傳統(tǒng)觀念中，人們不會(huì)將鋼視作輕型材料，但實(shí)際上，不銹鋼的特有屬性使它成為了減輕飛船重量的最佳選擇。
太空既寒冷又黑暗，始終處于-270℃的嚴(yán)寒之中。在這樣的低溫下，不銹鋼的強(qiáng)度將提高50%。由于其組成成分中含有鉻—鎳元素，因此不銹鋼即使在非常低的溫度下也不會(huì)變脆。
不銹鋼的高延展性、高韌性以及在低溫環(huán)境下不易發(fā)生斷裂的特性，使其成為制造星際火箭的完美材料。這些特性意味著材料用量的減少，從而進(jìn)一步降低火箭重量，使不銹鋼成為實(shí)現(xiàn)太空旅行的絕佳材料。
星際飛船采用可重復(fù)使用的設(shè)計(jì)思路。SpaceX聲稱(chēng)，該飛船在著陸一小時(shí)后即可重新發(fā)射。出于這種考慮，該公司的材料團(tuán)隊(duì)一直在研發(fā)一種鉻含量更高的新型不銹鋼合金。這種304L合金具有更強(qiáng)的耐腐蝕能力和抗退化能力，非常適合星際移民的持續(xù)重復(fù)使用需求，堪稱(chēng)完美之選。
顯然，SpaceX工程師的想象力和技能以及駕駛飛船的宇航員團(tuán)隊(duì)的英勇精神將引領(lǐng)星際航行。然而，正是鋼材的持久性能，使得人類(lèi)的火星之旅變得更為切實(shí)可行。
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