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百人牛牛421版本:為何特斯拉的馬斯克選用不銹鋼造太空飛船?

百灵百人牛牛经典版下载 www.lgchth.com.cn 1月24日,據大眾機械雜志報道,埃隆·馬斯克(Elon Musk)不久前曾發推文,宣稱星際飛船(Starship)將由不銹鋼材料制造,而不使用碳纖維。據我們所知,這標志著自20世紀50年代后期Atlas項目的失敗嘗試以來,不銹鋼材料首次被用于航天器制造方面。

實際上,早在圣誕節前幾天,馬斯克就曾透露,將對星際飛船進行更多的調整。當時馬斯克宣稱,最先進的碳纖維構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,馬斯克在Twitter上發布了星際飛船測試版本的照片,稱這是一架可以用于亞軌道垂直起降測試飛行的原型,飛行高度接近5000米。他把這些測試成為“跳躍測試”。

自揭開星際飛船的神秘面紗以來,馬斯克通過Twitter簡短地回答了許多好奇太空觀察者提出的直接問題。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《大眾機械》主編瑞安·達戈斯蒂諾(Ryan D'agostino)的獨家采訪,非常詳細地討論了這些改變背后的想法。

馬斯克表示星際飛船和超重型火箭助推器的制造,換成了特殊的不銹鋼合金。當人們在追求一種先進的碳纖維結構,但進展非?;郝?,每千克成本為135美元。大概有35%的廢料,剪掉的部分有些再也無法使用。此外,這種碳纖維是用高強度樹脂浸漬的,非常麻煩。

相比之下,不銹鋼最大的優點是足夠便宜,而且生產速度很快,盡管它顯然不是最輕的材料。但實際上,這已經是我們能找到的最輕適用材料。在不是特別低的溫度下,高質量不銹鋼的性能和強度提高了50%。大多數鋼在低溫下會變得很脆,比如典型的碳鋼,當你向上噴灑液氮并用錘子擊打時,它會像玻璃那樣粉碎。

大多數鋼材都是這樣,但鉻鎳含量較高的不銹鋼卻不會這樣。實際上它們的強度反而有所增加,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,非常堅韌,且沒有斷裂的問題。斷裂韌性是一種性質,如果某個物體有個小裂縫,材料是傾向于阻止裂縫還是擴大裂縫?當你經歷多次振動應力循環時,材料中的一個小缺陷會放大多少?

不銹鋼是Atlas項目早期使用的材料。早期的Atlas就是個鋼制氣球罐,其缺陷在與這種材料太薄,在自身重量的作用下會坍塌。這是個鋼鐵氣球,它幾乎站不起來,反而會像有彈性的城堡一樣倒塌,甚至不能承受非常小的有效載荷。早期的Atlas在發射臺上崩潰并造成災難的案例有很多。

鋼鐵的另一個好處:它的熔點很高,比鋁高得多。雖然碳纖維也不會融化,但樹脂在特定溫度下會遭到破壞。典型的鋁或碳纖維,在穩定的工作條件下,其能承受的溫度在149攝氏度左右。你可以利用它們做些短途太空旅行,偶爾可承受176攝氏度的溫度。但是到達204攝氏度時,可能就超越極限了。有些碳纖維可以承受204攝氏度的高溫,但是強度會降低。而鋼鐵可以承受的溫度高達815-871攝氏度之間。

馬斯克還提到,他們擁有非常棒的材料團隊,不過一開始也只使用高質量的301系列不銹鋼。在上升過程中,需要材料在低溫下保持強度。進入大氣層時,需要它能夠承受住高溫的考驗。因此,擋熱板的質量是由擋熱瓦與空氣之間的界面溫度所決定的。無論它是機械的,還是粘合的,無論界面點是什么,都取決于擋熱板的厚度。

舉例來說,在“龍飛船”(Dragon)身上,擋熱板的厚度實際上是由擋熱板的熱浸潤作用決定的,熱浸潤作用會使擋熱瓦粘結在殼體上。所以隔熱瓦不會在下落的過程中失去?;舊?,你也不會想把瓦片扔掉。

使用了不銹鋼合金,可以輕松承受800多攝氏度的高溫,界面溫度上升了5倍。這意味著,對于鋼結構來說,背殼的背風面不需要任何擋熱板。而在迎風的一面,所要做的是安置可再生擋熱板。雙層不銹鋼外殼(類似于不銹鋼三明治),本質上只有兩層,你只需要用特殊物質粘結它們。

在不銹鋼三明治之間流動燃料或水,然后在外面有微小的孔,這實際上就是通過外面的微孔釋放水或燃料。除非你靠近,否則你看不到這些微孔,但是你可以用蒸騰冷卻的方法來冷卻火箭的迎風面。所以整個東西看起來還是全鉻的,就像我們面前的這個雞尾酒調酒器。但是有一面是雙層的,它有雙重用途,那就是加固飛行器的結構,這樣它就不會重蹈Atlas的命運。你有個雙重功能的隔熱結構。據我所知,這是以前從未有人提出過的。

這是個巨大的變化。

馬斯克接受達戈斯蒂諾采訪所提到的內容

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