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為何用不銹鋼板造太空飛船,好用!便宜!

時(shí)間: 2021-09-17 18:51
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  不久前曾發(fā)推文,宣稱星際飛船(Starship)將由不銹鋼材料制造,而不使用碳纖維。據(jù)我們所知,這標(biāo)志著自20世紀(jì)50年代后期Atlas項(xiàng)目的失敗嘗試以來(lái),不銹鋼材料首次被用于航天器制造方面。

  實(shí)際上,早在圣誕節(jié)前幾天,馬斯克就曾透露,將對(duì)星際飛船進(jìn)行更多的調(diào)整。當(dāng)時(shí)馬斯克宣稱,最先進(jìn)的碳纖維構(gòu)成了星際飛船的火箭(以前稱為BFR,或大獵鷹火箭)主體,其超重型火箭助推器(Super Heavy)將被300系列不銹鋼所取代。1月10日時(shí),馬斯克在Twitter上發(fā)布了星際飛船測(cè)試版本的照片,稱這是一架可以用于亞軌道垂直起降測(cè)試飛行的原型,飛行高度接近5000米。他把這些測(cè)試成為“跳躍測(cè)試”。

  自揭開(kāi)星際飛船的神秘面紗以來(lái),馬斯克通過(guò)Twitter簡(jiǎn)短地回答了許多好奇太空觀察者提出的直接問(wèn)題。但在宣布這一消息兩周前,馬斯克在加州霍桑的SpaceX總部接受了《大眾機(jī)械》主編瑞安·達(dá)戈斯蒂諾(Ryan D'agostino)的獨(dú)家采訪,非常詳細(xì)地討論了這些改變背后的想法。

  采訪摘要如下:

  達(dá)戈斯蒂諾:你一直在忙著重新設(shè)計(jì)星際飛船?

  馬斯克:是的。星際飛船和超重型火箭助推器的制造,我換成了特殊的不銹鋼合金。我想了一會(huì)兒,這有點(diǎn)違反直覺(jué)。我花了相當(dāng)多的精力說(shuō)服團(tuán)隊(duì)朝這個(gè)方向前進(jìn)。但是現(xiàn)在,我相信他們已經(jīng)被說(shuō)服了。我們始終在追求一種先進(jìn)的碳纖維結(jié)構(gòu),但進(jìn)展非常緩慢,每千克成本為135美元。然后大概有35%的廢料,比如剪掉的部分有些再也無(wú)法使用。此外,這種碳纖維是用高強(qiáng)度樹(shù)脂浸漬的,非常麻煩。

  達(dá)戈斯蒂諾:相比之下,不銹鋼如何?

  馬斯克:不銹鋼最大的優(yōu)點(diǎn)是足夠便宜,而且生產(chǎn)速度很快,盡管它顯然不是最輕的材料。但實(shí)際上,這已經(jīng)是我們能找到的最輕適用材料。在不是特別低的溫度下,高質(zhì)量不銹鋼的性能和強(qiáng)度提高了50%。大多數(shù)鋼在低溫下會(huì)變得很脆,比如典型的碳鋼,當(dāng)你向上噴灑液氮并用錘子擊打時(shí),它會(huì)像玻璃那樣粉碎。

  大多數(shù)鋼材都是這樣,但鉻鎳含量較高的不銹鋼卻不會(huì)這樣。實(shí)際上它們的強(qiáng)度反而有所增加,延展性仍然很高。所以即使在零下165攝氏度條件下,延展性依然良好,非常堅(jiān)韌,且沒(méi)有斷裂的問(wèn)題。斷裂韌性是一種性質(zhì),如果某個(gè)物體有個(gè)小裂縫,材料是傾向于阻止裂縫還是擴(kuò)大裂縫?當(dāng)你經(jīng)歷多次振動(dòng)應(yīng)力循環(huán)時(shí),材料中的一個(gè)小缺陷會(huì)放大多少?


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