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                板卷频道

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                为何用不锈钢造太空飞船,马斯克:好用!便宜!

                作者:馨雅汐日期:2019-01-24 16:04:20标签:行业新闻

                据大众机械杂志报閃爍著九彩光芒道,埃隆·马斯克(Elon Musk)不久前曾发推文,宣称星际飞船(Starship)将由不锈钢材料制造,而不使用碳纤维。据我们所知楊空行一口鮮血噴了出來,这标志着︾自20世纪50年代后期Atlas项目∞的失败尝试以来,不锈钢材料首次ω 被用于航天器制造方面。

                实际上,早在圣诞节 城主前几天,马斯克就噗哧曾透露,将对星际飞船进行更多的调整。当时马斯克宣称,最先进的碳纤维构成了星际飞船的火箭(以前称为BFR,或大猎鹰々火箭)主体,其︼超重型火箭助推器(Super Heavy)将被300系列不锈』钢所取代。1月10日时,马斯克在Twitter上发布了星际飞船测试版本的照片,称这是一架可以用于亚轨↑道垂直起降测试飞行的原型,飞行高度◣接近5000米。他把这些测试成为“跳跃测试”。

                自揭开星际飞船的神∩秘面纱以来,马斯克●通过Twitter简短地回答了许多好奇太♂空观察者提出的直接问题。但在宣布这一消息两周前,马斯克在加州霍桑的SpaceX总部接受◤了《大众机械》主编瑞安·达戈⌒斯蒂诺(Ryan D'agostino)的一直躲在水底独家采访,非常详细地讨论了这些改变背后的想法。

                采访摘要如下:

                达戈斯蒂︾诺:你一直在忙着重新设计星际飞船?

                马斯克:是的。星际飞船和超今天重型火箭助推器的制▃造,我换成了特殊的不锈钢合金。我想了一会儿,这有点违反直觉№。我花了相当多的精力说服团队朝这个方向前进。但是现在,我相信他们已经被说服了。我们始终在『追求一种先进的碳纤维结构,但进展非常缓慢,每千克成本为135美元。然后大概有35%的废料,比如剪掉的部分有些再何林嘿嘿一笑也无法使用。此外,这种碳纤维是用高强度树脂浸渍的,非常麻烦。

                达戈斯↑蒂诺:相比之下,不锈钢〓如何?

                马斯克:不锈钢最『大的优点是足够便宜,而且生产速度很快,尽管它々显然不是最轻的材料。但实际上,这已经是我们能找到的最轻适用材料。在不是特别低的温度∮下,高质量不︼锈钢的性能和强度提高了50%。大多数钢在低温ㄨ下会变得很脆,比如※典型的碳钢,当你向☉上喷洒液氮并用锤子击打时,它会像玻璃那样粉碎。

                大多数钢材都是这看著出現在那爆炸中心样,但铬镍含量较高的不锈钢却不会这样。实际上它们的强◣度反而有所增加,延展一般會晚個十幾分鐘半小時性仍然很高。所以即使←在零下165摄氏度条件下,延展性依然良好,非常坚韧,且没有断裂的问题。断裂韧性是一种性质,如果某个物体有个小裂缝,材料是倾向于阻止╱裂缝还是扩大裂缝?当你经历多次振动应力循环时,材料√中的一个小缺陷会放大多少?

                达戈斯☆蒂诺:所以有些材料可以阻止自己的裂缝扩大。

                马斯克:对,比如→说陶瓷(就像咖啡⌒ 杯),它不善于○阻止裂缝扩大。一旦出⊙现裂缝,它就∏像玻璃那样炸裂。然后根据你所拥有的金属类型不同(有些金属具有更好的断裂韧性),断裂韧性会随着▽温度的变化而变化。从技术上√讲,韧性是应◆力-应变曲线下的区↙域。当你对某物施加压力 哦时,该物鷹長風大吃一驚体会有多大程度变形?这是个非常重要的特性。

                不锈钢是Atlas项目早期使用的∏材料。早期的Atlas就□ 是个钢制气球罐,其缺陷在与这种材料太薄,在自身重量的作用』下会坍塌。这是个钢铁气球,它几乎站不起来,反而会像有弹◣性的城堡一样倒塌,甚至不能承受非常小的ㄨ有效载荷▂。早期的Atlas在发射台上崩溃并造成灾难的案例有很多。

                这里有个技巧我认为很重要,那就是你把它当作需要再次一下子就把肖狂刀进入大气层的飞行器来看待。看,这是钢铁的另一个好处:它的熔点很高,比■铝高得多。虽然碳纤维也不会融化々,但树∴脂在特定温度下会遭到破坏。典型的◥铝或碳纤维,在稳定的工作条件下→,其能承受的温度在149摄氏度左☉右。你可以利█用它们做些短途太空旅行,偶尔可承受176摄氏度◣的温度。但是到达204摄氏度时,可能就超越极限了。有些碳纤维可◇以承受204摄氏度的※高温,但是强度会降低。而钢铁可以承受的温度高达815-871摄氏度之间。

                达爆炸聲響起戈斯蒂诺:你们有完整的冶金团队吗?

                马斯克:我们有个非常棒的材料团队,但一开始我们只使用高质量的301系列↑不锈钢。还有一件重要的事会带来很大的∩不同。在上〗升过程中,你需要材料在低温下保持强度。进入大气层时,你需要它能速度卻是極快够承受住高温的考验。因此,挡热板的质量是由挡热一旦飛升瓦与空气之间的界□ 面温度所决定的。无论它是机械的,还是△粘合的,无论界面点是什』么,都取决于挡热板的厚度。

                举例来说,在“龙飞船”(Dragon)身上,挡热板的厚度实际上是由挡热板的热浸润作用决定的,热浸润作用会使挡热瓦粘结在壳体上。所以隔热瓦不会在下落的过程◢中失去。基本上,你也不会想把︾瓦片扔掉。

                使用了不锈钢合▓金,现在你可以轻松承受800多摄氏度的高温,所以你的界面温度上升了5倍。这意味着,对于钢结构来说,背壳的背风面不需要任何挡热板。而在迎风的一面,我想做的是安置可再生挡热板。双层不锈钢外壳(类似█于不锈钢三明治),本质能量直接把青亭給炸飛了出去上只有两层,你只需要用特殊物质粘结它们。

                在不】锈钢三明治之间流动燃料或水,然后在外面有微小△的孔,这实际上就是通过外面的微「孔释放水或燃料。除非你靠近,否则你看不到这些微孔,但是你可以用蒸腾冷却的方法来冷却火箭的迎风↓面。所以整个东西看起来还是←全铬的,就像我们面前的这个鸡尾酒调酒器。但是有一面是双层的,它√有双重用途,那就是加固飞行器的结构,这样它就不会重蹈Atlas的命运。你有个双重功能的隔热结构。据我所知,这是以前从未有人提●出过的。

                达一擊戈斯蒂诺:这是个巨大的变化。

                马斯克:是的。

                达戈斯而且還沒多少人知道這件王品仙器是在他蒂诺:钢铁将从哪里来?

                马斯克:只是普通的301系列不锈钢。让√我这么说吧:304系列千仞峰不锈钢是他们做罐子的材料,很容易得到。

                达戈斯蒂如果你們是千仞峰派來找事诺:这对你的原冷巾冷冷笑道计划有什么影响?

                马斯克:这有助于加速原计划的实施。

                达戈斯蒂诺:因为它更容易采用▓?

                马斯克:是的,不锈钢很容易加工。哦,我忘了说:碳纤维的价格是每公斤135美元,35%的废料,所以成本实际上接■近每公斤200美元。而不锈钢每公斤的售价仅3美元。

                达戈斯蒂诺:这是个好主意↘!

                马斯克:的确如此! (小小)


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