讓火箭「流汗」頂住返航高溫,馬斯克:這就是為什麼我敢用不鏽鋼蓋火箭

註:這張圖不是 Starship,下面的那張才是,我找不到 Starship 橫式的圖啦 QQ

SpaceX 的「Starship」不只長得特別,就連系統設計上也有特別之處。

由於火箭需要承受大氣摩擦產生的高溫,過往的火箭外殼主要是由鈦鋰合金製作,造價十分高昂,而後隨著技術演進,也會採用碳纖維、玻璃鋼等材料,降低火箭的造價。

這次馬斯克的火箭公司 SpaceX 的新火箭採用「stainless steel」製成,就是所謂的不鏽鋼,對,還真的就是不鏽鋼。這是自 1950 年後,首次使用不鏽鋼製成的大型火箭。

原先這台 Starship 計畫是用碳纖維製造,直到聖誕節前夕,馬斯克宣佈會將大部分的部件改由不鏽鋼製造。馬斯克在近期與外媒《Popular Mechanics》主編進行一次訪談,談到為什麼最後他會選用不鏽鋼製造這個劃時代的新火箭。

讓火箭「流汗」,為什麼馬斯克要用不鏽鋼蓋火箭?

他表示,為什麼最後不使用碳纖維,其實是因為成本太高「需要將 60 到 120 層的碳纖材料,利用高強度樹脂黏合在一起。而且做出來的碳纖板還要裁切,大概需要浪費 35% 左右的材料。」,這也將導致碳纖材料每公斤的成本高達近 200 美金,而不鏽鋼每公斤只要 3 美金。

碳纖維的主要優勢是輕,但由於黏合用的樹脂在攝氏 150 度左右的溫度便會開始融化,因此需要額外打造厚重的隔熱機制,讓最後碳纖維火箭與不鏽鋼的總重沒什麼差別。

而不鏽鋼本身的耐熱程度就可達到攝氏 900 度,在返回地球時背風面不需額外保護,迎風面將會做成雙層結構,並在中間留下縫隙,而後,會在縫隙中灌進火箭的燃料甲烷,讓其吸收火箭表面的大量熱能,再從外側鋼板上無數的小孔中排出,基本上,可以想像成火箭在「流汗」,當然涉及的能量大小差太多了。

甲烷不會燒起來嗎?

據《Engadget 中文版》的報導指出,不少人的第一個疑問就是:這樣甲烷不會燒起來,讓它更熱嗎?事實上,在這麼高的能量下,倒出去的甲烷差不多會立即被轉變成等離子態,要溫度下降到可以進行化學反應的程度,已經是不知道飛船之後幾公里的事了。再者,穿過大氣的速度是如此之快,傳統燃燒作用發生的速度根本追不上 — 這可以想像成是和風吹蠟燭一樣的意思,只是這裡的風有十數倍音速罷了。

縱然 Starship 本身擁有非常酷的外型,非常有趣的創新,但要在幾個月內完成創新並付諸實現,依然有點讓人擔心。馬斯克近期又宣佈 SpaceX 將裁員 10%,若是熬過了這一關,SpaceX 可以在火箭上與競爭對手再次拉大距離,但目前的狀況險峻,也是顯而易見的。

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參考資料
Elon Musk: Why I’m Building the Starship out of Stainless Steel

Elon Musk:Starship 將用「流汗」的方式來抵抗重返大氣的高溫

(本文提供合作夥伴轉載,首圖來源:SpaceX 官網)

 

 


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