在大(dà)衆的(de)普遍認知(zhī)中，鋼鐵(tiě)向來(lái≤₽)屬于重量較大(dà)的(de)材料。而運載火(huǒ)箭通(tōng)常₹ 為(wèi)了(le)搭載更多(duō)的(de)有(yǒu)效載'∏荷，往往會(huì)朝著(zhe)輕質化(huà)的(de)方向發展。然而©₽≤¶，星艦卻與衆不(bù)同，采取了(le)看(kàn)似與常規相$☆β(xiàng)悖的(de)做(zuò)法，這(zhè)是(shì)為(wèi)何呢(ne)？&nbα≥∑γsp;
今天我們就(jiù)來(lái)聊聊：SpaceX的(de)星艦為(wèi)啥要(yào)用(yò®↕©€ng)不(bù)鏽鋼？
在探討(tǎo)火(huǒ)箭制(zhì)造材料時(shí)，S§♠£✘paceX 起初計(jì)劃選用(yòng)碳纖維來(lái)打造星艦。碳纖維具備™↓諸多(duō)優良特性，如(rú)耐腐蝕、耐高(gāo)溫、耐摩擦、抗疲勞，熱(rè)導性良好(hǎo)且質地(dì)輕盈，這(zhè)些(xiē)特點似乎與星艦作(zuò)為(wèi)超大(dà)≥±≥γ型運載火(huǒ)箭的(de)需求完美(měi)契合。不(bù)過，實際應用(yòng)σ≤中卻暴露出不(bù)少(shǎo)棘手問(wèn)題。從(cóng)成本角度來(lái)看(kàn)，碳纖維價格高(gāo)昂，每公斤售價高(gāo¥®♦')達 130 美(měi)元，而且在生(shēng)産過程中還(hái)會(huì)産生(×λshēng) 35%的(de)損耗，這(zhè)無疑大(dà)幅增加了(le)制(zhìπ'≠)造成本。加工(gōng)制(zhì)造環節同樣面臨重重困難。火(huǒ)箭箭體(tǐ)各個(gè)部位所需的(de)碳纖維層數(s¥§§hù)在 60 至 220 層之間(jiān)有(yǒu)π← 所差異，在加工(gōng)時(shí)要(yào)确保不(bù)産生(¥✔ shēng)氣泡、雜(zá)質等瑕疵，這(zhè)對(duì)工(gōn♠™∑g)藝要(yào)求極高(gāo)。此外(wài)，由于碳纖維的(de)↑×≈γ制(zhì)造常需借助高(gāo)壓釜，而星艦直徑達 9 米、高(gāo)度為(w☆α™₹èi) 121 米，如(rú)此龐大(dà)的(de)尺寸意味著(zhe©∞ε )需要(yào)一(yī)個(gè)巨型高(gāo)壓釜來(lái)滿足生(shēng)産需求，這∏(zhè)進一(yī)步提升了(le)加工(gōng)的(de)難度和(hé)成本。星艦的(de)燃料罐與氧氣罐內(nèi)部壓力極大(dà)，而碳纖維屬于多(duō)孔材料®☆∞，其含有(yǒu)的(de)碳和(hé)樹(shù)脂在高(π∞$≤gāo)溫純氧環境下(xià)極易燃燒，因此必須在燃料罐內(nèi)增設惰性襯裡(lǐ)以防止氣體βα↓₽(tǐ)洩漏，這(zhè)無疑增加了(le)制(zh↔≥ ©ì)造的(de)複雜(zá)性和(hé)成本。還(hái)有(yǒu)一(yī)個(gè)關鍵問(★ wèn)題，火(huǒ)箭再入大(dà)氣層時(shíλ$Ω✘)，表面溫度至少(shǎo)會(huì)升至 1200 度，在此高(gāo)溫下(xià)₩σ®β，碳纖維的(de)強度會(huì)急劇(jù)下(xià)降。為(wèi)保障其性能(néng)，就(jiù)不(bù)得(de)不(bù)★✔配備厚重的(de)隔熱(rè)瓦，如(rú)此一(yī)來(lái)，碳纖維原本的(de)輕量優勢便消失殆盡，同時(shí)還∞∑(hái)使得(de)研發難度和(hé)成本大(dà)幅攀升。接下(xià)來(lái)對(duì)比一(yī)下(xià)大(dà≤•✘)多(duō)數(shù)火(huǒ)箭常用(yòng)的(de)鋁合↓γ金(jīn)材料，以獵鷹 9 号所采用(yòng)的(de)鋁锂合金(jīn)為(wèi)例。鋁锂合金(jīn)具有(yǒu)強度高(gāo)、韌性好(hǎo)、耐腐蝕、抗疲勞以及質★Ω∏量輕等優點，并且加工(gōng)相(xiàng)對(duì)容易↑↔<，其每公斤價格約為(wèi) 40 美(měi)元，成本優勢明(míng)顯。不(bù)過，鋁锂合金(jīn)也(yě)并非完美(měi)無缺™≤，其加工(gōng)難點在于焊接難度較大(dà)，通(tōng)常需要♠♠≠(yào)采用(yòng)摩擦焊接技(jì)術(shù)。而且，鋁锂合金(jīn)最大(dà)的(de)問(wèn)題在于，♠α當溫度超過 200 度時(shí)，其強度會(huì)迅速降低(dī)，所以同樣需要(yào)配備厚≥α重的(de)隔熱(rè)瓦來(lái)确保火(huǒ)箭在高(gāo)溫環境下(xià)☆ 的(de)性能(néng)。（圖：使用(yòng)鋁锂合金(jīn)的(de)獵鷹9号發射 圖源S¥δpaceX）為(wèi)什(shén)麽是(shì)不(bù)鏽鋼？
在對(duì)碳纖維和(hé)鋁合金(jīn)這(zhè)兩種材料進行(xíng)了( ≥ le)解後，讓我們把目光(guāng)轉向不(bù)鏽鋼在星•艦制(zhì)造中的(de)應用(yòng)情況。其一(yī)，成本優勢極為(wèi)顯著，不(bù)鏽鋼的(de)價格相(xiàng)當低(dī)廉，每公斤僅需 4 美(měi)元。其二是(shì)強度特性。在低(dī)溫環境下(xià)，不(bù)鏽鋼的(de)強度能(né≠$₽ng)夠實現(xiàn)大(dà)幅提升，可(kě)達到(dào)室溫下✘ (xià)強度的(de)兩倍之多(duō)。這(zhè)種特性與星艦所采ε←用(yòng)的(de)液氧甲烷推進劑環境高(gāo)度适配，為(wèi)火(huǒ)σ" 箭的(de)結構強度提供了(le)有(yǒu)力保障。不(bù)過，常規的(de) 301 不(bù)鏽鋼在低(dī☆σ≈×)溫條件(jiàn)下(xià)存在韌性不(bù)足的(de)問(wèn)題，α ¥容易發生(shēng)斷裂現(xiàn)象。盡管 304 不 (bù)鏽鋼對(duì)此有(yǒu)所改進，但(d$®©↑àn)仍然無法完全滿足星艦的(de)需求。鑒于此，S♥≠∏↕paceX 自(zì)主研發了(le) 30X 不(bù)鏽鋼，這♦₽'≈(zhè)種新型不(bù)鏽鋼在低(dī)溫環境下(xià)展φ♦✔現(xiàn)出了(le)良好(hǎo)的(de)韌性和(hé)彈性，其強度表現(xiàn)與碳纖維和(hé)鋁锂合金(jīn)在同等條件(jià ♥'✔n)下(xià)不(bù)相(xiàng)上(shàng)下(xià≠©π)，從(cóng)而在強度性能(néng)上(shàng)為(wèi)星艦的(de)選材提供了(§le)可(kě)靠的(de)新選擇。再者，不(bù)鏽鋼在耐高(gāo)溫方面表現(xià♣♦n)出色。與碳纖維和(hé)鋁锂合金(jīn)截然不(bù)同的(de)是(shì)，不(bù)☆™☆鏽鋼即使處于 800 度乃至 1000 度的(de)高(gāo)溫環境中，依然能(néng)夠維持₩<♥≠足夠的(de)強度。這(zhè)一(yī)特性使得(de)星艦在隔熱(rè)設計±>(jì)上(shàng)得(de)以簡化(huà)，僅需鋪設很(hěn)薄的(de)隔熱(rè)瓦，并且隻需在迎風(fēng)面布置隔熱(rè)瓦即可(kě )，這(zhè)不(bù)僅有(yǒu)效減輕了(le)星艦的(de)整體(tǐ)重量，而且降低(dī)了(le)隔熱(rè)系統的(de)複雜(zá)性和(hé£♣)成本。另外(wài)，不(bù)鏽鋼的(de)加工(gōng)工(gōng)藝相(xiàng)對(duì)簡便，甚至無需進行(xíng)噴漆處理(lǐ)，這(zhè)進一(yī)步減少(shǎo)了(le ♠ α)制(zhì)造環節的(de)工(gōng)序和(hé)成₽±πα本，提高(gāo)了(le)生(shēng)産效率。綜上(shàng)所述，選用(yòng)不(bù)鏽鋼來(lá₽★φi)建造星艦具有(yǒu)多(duō)方面的(de)顯著優勢，包括但(dàn)不(bù)限于±σσ成本低(dī)廉、整體(tǐ)重量較輕、加工(gōng)過程簡便易行(xí₽"∑ng)，以及在耐高(gāo)溫、耐腐蝕等關鍵性能(n↑∑éng)方面表現(xiàn)卓越，這(zhè)些(xiē)優勢綜合起來(lái)，使得(de)不(bù)鏽鋼成為(w €èi)星艦制(zhì)造材料中的(de)理(lǐ)想之選。（圖：隻鋪了(le)一(yī)面隔熱(rè)瓦的(de)星艦 圖源：δ₽≥®SpaceX）從(cóng)某種程度而言，猛禽發動機(jī)堪稱星艦選用(yòng)不π£(bù)鏽鋼作(zuò)為(wèi)建造材料的(de& )堅實後盾。猛禽發動機(jī)是(shì)由 SpaceX 自(zìδ↕)主研發的(de)全流量分(fēn)級燃燒循環甲烷發動機(jī)，其規格為(wèi)直徑 1.3 米，高(gāo)度 3.1 米，至今已經發展到(dào ¶)了(le) V3 版本。該發動機(jī)單機(jī)推力可(kě)達 270 噸，運用(yòng)甲烷與液氧作(zuò)為(wèi)燃料組合，展現(xiàn)出了(le)強大(dà)的'®'→(de)動力性能(néng)。在星艦的(de)設計(jì)架構中，一(yī)級超重推進器(qì)配備了(le) 33 台猛禽發動機(jī)，如(rú)此強大(dà)的(de)發動機(jī)集群能 ≥♦(néng)夠産生(shēng)高(gāo)達 7590 噸的(de)起飛(fēi)推力。而二級星艦飛(fēi)船(chuán)則安裝了(le) 3 台常規猛禽發動機(jī)以及 3 ↓✔¥↑台猛禽真空(kōng)版發動機(jī)，其綜合推力達到(dào) 1500 噸。彌補了(le)不(bù)鏽鋼在重量上(shàng)帶來(lái)σ≤的(de)損失。還(hái)有(yǒu)哪些(xiē)火(huǒ)箭用(yòng)不(bù)鏽鋼？
我國(guó)商業(yè)航天領域的(de)藍(lán)箭航天公司，在其研發的©(de)可(kě)回收複用(yòng)火(huǒ)箭朱雀三号的(de)制(zhì)造過程中，選用(yòng)了(le)不(bù)鏽鋼材質，這(zh∏π↔è)使得(de)朱雀三号成為(wèi)我國(guó)首款采✘∑用(yòng)不(bù)鏽鋼打造的(de)運載火(huǒ)箭。按照(zhào)規劃，朱雀三号預計(jì)于 2025 年(nián)迎來(lái)首飛(fēi)時(s β♦hí)刻，并且極有(yǒu)可(kě)能(néng)達成一(yī)級火(huǒ)箭的(deφ)垂直回收這(zhè)一(yī)關鍵目标。成為(wèi)我國(guó)第一(yī)個(gè)實現(xiàn)火(huǒ)箭複用(yòng∏<↕∏)的(de)商業(yè)航天企業(yè)。
南京永潤合金有限公司,從(cóng)2015 年(nián)創立至今，經曆了(le)十幾載₩¶Ω的(de)風(fēng)雨(yǔ)曆程。自(zì)成立 §以來(lái)，從(cóng)蹒調學步的(de)登孩 ，一(yī)步步成長(chán'φg)為(wèi)今天朝氣蓬勃的(de)青年(nián)。正是(shγ ∏ì)新超人(rén)用(yòng)自(zì)己的(de)努力和(héδ£₽₽)對(duì)未來(lái)的(de)憧憬;用(yòng♦©§)自(zì)己的(de)勤勞和(hé)智慧,煉成的(de)“求實、協同、創∑₹新、分(fēn)享"的(de)企業(yè)精神，托起了(le)&quo<"✔♠t;新超"這(zhè)一(yī)顆日(rì)★§>照(zhào)閃亮(liàng)的(de)特材界紅(hóng)星。≠"
在航空(kōng)航天領域，我們肩負著(zhe)偉大(dà)使命&↓"。緻力于突破技(jì)術(shù)瓶頸，拓展人(rén♥γδ₩)類認知(zhī)邊界，讓廣要(yào)宇宙不(bù)再神秘莫測。我們不(bù)斷©↔研發更先進的(de)飛(fēi)行(xíng)器(qì)，實現(xiàα ≥≈n)更高(gāo)效的(de)太空(kōng)探索，為(wèi)全球通(tōng)信↑™、氣象監測等提供堅實支撐。
展望未來(lái)，我們将繼續勇攀高(gāo)峰。深化(huà)星際旅行(₹εxíng)研究，争取讓普通(tōng)人(rén)也(yě)能(néng)踏>✔♦上(shàng)太空(kōng)之旅。加速推進航天技(jì)術($≥π>shù)民(mín)用(yòng)化(huà)，讓其惠及更多(du≥₽ō)領域。同時(shí)，加強國(guó)際合作(zuò)，攜手共進，在浩瀚宇宙中續寫 β人(rén)類的(de)傳奇,開(kāi)啓更多(duō)未知(zh✔♠∞ī)的(de)精彩篇章(zhāng)。
