美国私企用301不锈钢造飞船登火星!马斯克这么做只为省钱?

作者&投稿:石柴 (若有异议请与网页底部的电邮联系)
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2018年底,美国太空 探索 公司SpaceX的老板埃隆·马斯克向世人展示了一艘人类 历史 上最大的宇宙飞船,他给这艘飞船起了个极科幻的名字“星舰”Starship。在马斯克展示的PPT中,星舰通体黝黑,如同《星球大战》里的黑武士一样在火星上空飞行。因为,SpaceX打算用最先进的材料碳纤维来打造这艘未来飞船。

仅仅过去了两个月,2019年1月初,马斯克又向媒体展示一张新图片,在这张新图片里,18层楼高的星舰变成了银白色。马斯克称这“看起来像液态银”,因为SpaceX决定用不锈钢来打造星舰飞船。当然,飞船需要经过大量测试,一开始就采用昂贵的碳纤维来制造外壳显然有点浪费——马斯克迷们这样想。

然而接下来的星舰原型机测试却让马迷们的脸有点疼,媒体纷纷提出质疑:老马你不是来 搞笑 的吧!

星舰测试段看起来就是“液态银”飞船的下半部分,也确实是由不锈钢制造,但这个名为“Starhopper”的大铁桶表面坑坑洼洼,很显然焊接工艺相当不过关。

外表其实不重要,因为SpaceX公司的目的是用它来测试发动机和飞行控制系统,只要它能离开地面,不炸,就成了。

2019年7月26日,这个9米粗的不锈钢圆桶飞到了20米高度,22秒后稳稳落回地面。马斯克在社交媒体上兴奋地宣布:“Starhopper飞行成功,水塔可以飞哈哈!!”

Starhopper能飞,这对于SpaceX来说并不是难事,因为“猎鹰9号”火箭的看家本领就是空中悬停、水平移位,类似的技术对于今天大多数航天强国都不算高精尖了。

随着时间推移,SpaceX星舰的外形越来越向最初PPT草图靠近,虽然外壳依然是不锈钢薄板,焊接工艺却好了许多。2021年末,马斯克正式宣布,将来飞去火星的星舰飞船将只采用不锈钢,彻底抛弃碳纤维的设想!

为什么会这样?难道马斯克为了省钱甚至不惜拿火星移民的性命冒险吗?

的确,在创立SpaceX的第一天起,马斯克就把“省钱”二字玩到了极致,因为SpaceX的目标就是“降低太空运输成本”,用最少的钱干最大的事。为了省钱,这家航天公司一反所有航天机构高大上的形象,他们在荒地上搭建大篷,雇佣普通焊工,找最便宜的原材料,在到处都是泥土和灰尘的地面建造火箭。如果不跟你说那是全球名气最大的航天企业,你一定会以为是某个乡镇企业争取到了一笔马口铁蒸笼的大单。

有看官说了,甭管人家环境怎么样,活儿好,做出来的东西精致就行。

话不多说,咱还是再上一张图吧,这是SpaceX刚做好的星舰,已经矗立在发射塔架上准备测试了,大伙儿瞧瞧工艺如何:

也难怪NASA对马斯克用不锈钢造火箭多有抱怨: 你这么玩,不是砸我牌子么?

但不锈钢便宜,这是谁都不能否认的事实。马斯克算过一笔账:用碳纤维造火箭,每公斤的成本超过135美元,同时碳纤维材料有35%的损耗,总的算起来每公斤需要200美元;同样用301不锈钢薄板只需要3美元!碳纤维制造工艺复杂,专业技术人员每小时工资要250美元,而焊接不锈钢板的普通焊工每小时工资不到50美元。

这么一算下来,如果用碳纤维造一个100吨重的飞船外壳要几千万美元,而用不锈钢薄板几十万就搞定了。

马斯克弃用碳纤维不只因为它贵,而是它确实不适合星舰的任务要求。

碳纤维材料的优点是轻、强度高,随着价格越来越便宜,不仅主流民航飞机大量采用碳纤维,连家用轿车和自行车等也越来越多地用它来作为结构部件和壳体。

但碳纤维的强度是有方向性的,在某些方向上它能承受很大压力,而在另一个维度上却又表现得很脆弱,如果将它制成直径达12米的火箭外壳,依然需要设置额外的增强结构,这又使总重量增加,碳纤维轻薄的优点便不复存在。

碳纤维不可焊接,如果要用它制造星舰壳体,你需要一个直径12米、长度超过50米的巨大卷轴来缠绕纤维丝,然后再用一台更大的设备来抽真空、烘烤几小时甚至几天才成固化。这对于一心想省钱的马斯克来说是不可想象的。相比之下,用3毫米厚的不锈钢板焊接几乎不需要什么设备和投资,露天都可以干,速度快多了。

不锈钢在高低温状态下的性能要优于碳纤维。301不锈钢隔热性能好,适合在8.5个大气压下存储超低温的液态氧;同时它还能承受火箭进入大气层时摩擦产生的高温,只是在温度超过815 时才失去强度,所以需要在与空气摩擦最剧烈的位置铺上隔热陶瓷。

碳纤维导热性能好,用它来装液氧需要双层壳来隔热,这意味着额外增加重量;虽然它也能耐高低温,但在重返大气层时,发动机喷出的火焰会持续炙烤飞船外壳,飞船里边还有液态氧,这会使整个飞船或火箭变成熊熊燃烧的火球。

讲了这么多,你应该明白了,马斯克并非仅仅是抠门才使用301不锈钢来制作星舰飞船,而是不锈钢确实有许多优点:它在同样重量下强度更高,能适应极端高低温环境,加工和维护的成本低,制造速度快,甚至不需要刷油漆......最最重要的,它确实太便宜。

相比之下,碳纤维过于高大上,它的材料成本是不锈钢的70倍,加工工艺复杂昂贵,精度要求苛刻,实际上如果要做到星舰任务所需要的强度,碳纤维的重量优势并不明显,更麻烦的是这东西在高氧环境下太容易烧了,搞不好就出人命。

所以SpaceX决定弃用碳纤维是有道理的,只是不知道2024年他们的不锈钢星舰是不是真可以飞去月球再安全飞回来?

#马斯克星舰计划#




美国私企用301不锈钢造飞船登火星!马斯克这么做只为省钱?
总之,SpaceX选择使用301不锈钢来制造星舰飞船,是基于经济和性能的考虑。这一决策不仅能够降低成本,还能够提高飞船的性能和安全性。然而,我们还需要等待2024年的实际飞行测试,以验证这一决策是否真的能够成功实现。

美国私企用301不锈钢造飞船登火星!马斯克这么做只为省钱?
但不锈钢便宜,这是谁都不能否认的事实。马斯克算过一笔账:用碳纤维造火箭,每公斤的成本超过135美元,同时碳纤维材料有35%的损耗,总的算起来每公斤需要200美元;同样用301不锈钢薄板只需要3美元!碳纤维制造工艺复杂,专业技术人员每小时工资要250美元,而焊接不锈钢板的普通焊工每小时工资不到50美元。...

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