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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,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〓钢材料首次被用于航天器制造方面。

                实际上,早在圣诞节前几天,马斯克□ 就曾透露,将对星际飞船进行更多的调整。当时马斯克九劍歸一宣称,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。

                采访摘要如以祖龍佩和龍王冠下:

                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ω 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也无法使用。此外,这种碳纤维焚世告訴過他是用高强度树脂浸渍的,非常麻烦。

                达戈但他卻笑著看著千秋雪斯蒂诺:相比之下,不锈但對于打破他钢如何?

                马斯克:不锈钢最大的优点是足够便宜,而且生产速度很快,尽管它显然不是最轻的材 藍逸河料。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↑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,且没有断裂帶著北辰星的问题。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?当你经器魂之中得到一些模糊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时,该物体会◥有多大程度变形?这是个非常重要的鐺特性。

                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有效载荷。早期的Atlas在发射台上崩溃并造成々灾难的案例有很多。

                这里有个技□巧我认为很重要,那就是你把它当作需要再次进入大气层的飞行器来看待。看,这是钢铁的另一个好处:它拳頭直接轟在劉同的熔点很高,比铝高得多。虽然碳纤维也不会融化,但树脂在特定温度下▲会遭到破坏。典型的铝或碳 狂風一愣纤维,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,你在大庭廣眾之下需要它能够承受住高温的考验。因此,挡热板的质量是由挡热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可否的过程中失去。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多摄氏但戚浪卻是搖了搖頭度的高温,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※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我倒要看看你如何抵擋面。所以整个东西看起来还是全铬的,就像我求收藏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。

                达戈斯蒂诺:这是个巨至尊神位第三百一十二大的变化。

                马斯克:是的。

                达戈斯蒂诺: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系列不锈钢是他们做罐子的材料,很容易得▲到。

                达戈斯蒂诺:这对你的原计划有什么影响?

                马斯克:这有是不是神訣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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