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SpaceX使用不銹鋼材質制造星際飛船火星探索火箭
作者:admin 發布日期:2022/9/6 8:21:48
SpaceX借助鋼的特性來實現其火星移民計劃,這對于太空計劃而言尚屬首創。
  埃隆·馬斯克(Elon Musk)于2002年創建了美國太空探索技術公司(SpaceX),旨在降低太空飛行的成本,實現火星移民。SpaceX正在開發星際飛船,這是一種私人資助、完全可重復使用、用于星際和軌道空間飛行的發射系統。
  星際飛船的獨特之處在于其火箭及“超級重型助推器”(Super Heavy Booster)的殼體選材。SpaceX最初計劃采用最先進的碳纖維材料制造該飛船,但后來宣布將用閃閃發光的300系列不銹鋼材料來取代碳纖維。
  這標志著自20世紀50年代“阿特拉斯”洲際彈道導彈(ICBM)計劃失敗以來,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能否成功到達火星(離太陽第四近的行星)的一個重要因素。
不銹鋼的卓越性能使星際飛船能夠應對極高和極低溫度
  采用合適的材料制成
  不銹鋼的一大優勢在于熔點很高,適用于太空旅行。鋁或碳纖維的穩態下最高工作溫度為150°C,在180°C~200°C的溫度范圍內可短期工作,但這將弱化材料的性能。一些碳纖維材料在200°C的溫度下可連續工作,但材料的強度將有所降低。
在進行適當的散熱控制情況下,鋼可以在820℃~870℃的高溫下正常工作。因此,一種創新的鋼制系統將用于星際飛船的隔熱層,保護飛船在進入火星或地球等具有大氣層的星球時免受高溫破壞。
  隔熱層有兩個以縱向加強條連接的不銹鋼層,水在其間流動。隔熱層外部設有微孔,水可以從中“滲”出,通過蒸發冷卻的方式保持低溫。
  要想實現火星移民計劃,降低飛行成本至關重要,不銹鋼在這一點上再次脫穎而出。碳纖維的成本為每公斤135美元,在加工過程中至少會產生30%的廢料,這意味著其實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3美元。
不銹鋼極具成本效益、性能卓越,這對SpaceX成功實現其火星移民計劃來說至關重要
  勇擔星際航行的重任
  當把飛船發射到地球大氣層外部空間時,必須考慮到每一克的重量,并盡可能地減輕重量。在傳統觀念中,人們不會將鋼視作輕型材料,但實際上,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℃的嚴寒之中。在這樣的低溫下,不銹鋼的強度將提高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變脆。
  不銹鋼的高延展性、高韌性以及在低溫環境下不易發生斷裂的特性,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,從而進一步降低火箭重量,使不銹鋼成為實現太空旅行的絕佳材料。
  星際飛船采用可重復使用的設計思路。SpaceX聲稱,該飛船在著陸一小時后即可重新發射。出于這種考慮,該公司的材料團隊一直在研發一種鉻含量更高的新型不銹鋼合金。這種304L合金具有更強的耐腐蝕能力和抗退化能力,非常適合星際移民的持續重復使用需求,堪稱完美之選。
  顯然,SpaceX工程師的想象力和技能以及駕駛飛船的宇航員團隊的英勇精神將引領星際航行。然而,正是鋼材的持久性能,使得人類的火星之旅變得更為切實可行。
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