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第8768期:第04版 本期出版日期:2022-09-13

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SpaceX计划使用不锈钢造星际飞船

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■据世界钢铁协会 SpaceX借助钢的特性来实现其火星移民计划,这对于太空计划而言尚属首创。

埃隆·马斯克创建的SpaceX正在开发星际飞船,这是一种私人资助、完全可重复使用、用于星际和轨道空间飞行的发射系统。

星际飞船的独特之处在于其火箭及“超级重型助推器”的壳体选材。SpaceX最初计划采用最先进的碳纤维材料制造该飞船,但后来宣布将用闪闪发光的300系列不锈钢材料来取代碳纤维。

这标志着人们首次在火箭中使用这种材料。然而,由于星际飞船旨在用于星际旅行,因此材料选择是SpaceX能否成功到达火星(离太阳第四近的行星)的一个重要因素。

不锈钢的一大优势在于熔点很高,适用于太空旅行。铝或碳纤维的稳态下最高工作温度为150°C,在180°C-200°C的温度范围内可短期工作,但这将弱化材料的性能。一些碳纤维材料在200°C的温度下可连续工作,但材料的强度将有所降低。

在进行适当的散热控制情况下,钢可以在820℃-870℃的高温下正常工作。因此,一种创新的钢制系统将用于星际飞船的隔热层,保护飞船在进入火星或地球等具有大气层的星球时免受高温破坏。

隔热层有两个以纵向加强条连接的不锈钢层,水在其间流动。隔热层外部设有微孔,水可以从中“渗”出,通过蒸发冷却的方式保持低温。

要想实现火星移民计划,降低飞行成本至关重要,不锈钢在这一点上再次脱颖而出。碳纤维的成本为每公斤135美元,在加工过程中至少会产生30%的废料,这意味着其实际成本大约为每公斤200美元,而同等重量的不锈钢仅需花费3美元。

当把飞船发射到地球大气层外部空间时,必须考虑到每一克的重量,并尽可能地减轻重量。在传统观念中,人们不会将钢视作轻型材料,但实际上,不锈钢的特有属性使它成为了减轻飞船重量的最佳选择。

太空既寒冷又黑暗,始终处于-270℃的严寒之中。在这样的低温下,不锈钢的强度将提高50%。由于其组成成分中含有铬-镍元素,因此不锈钢即使在非常低的温度下也不会变脆。

不锈钢的高延展性、高韧性以及在低温环境下不易发生断裂的特性,使其成为制造星际火箭的完美材料。这些特性意味着材料用量的减少,从而进一步降低火箭重量,使不锈钢成为实现太空旅行的绝佳材料。

星际飞船采用可重复使用的设计思路。SpaceX声称,该飞船在着陆一小时后即可重新发射。出于这种考虑,该公司的材料团队一直在研发一种铬含量更高的新型不锈钢合金。这种304L合金具有更强的耐腐蚀能力和抗退化能力,非常适合星际移民的持续重复使用需求,堪称完美之选。

  

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