SpaceX借助鋼的特性來(lái)實(shí)現其火星移民計劃,這對于太空計劃而言尚屬首創(chuàng )。

埃隆·馬斯克(Elon Musk)于2002年創(chuàng )建了美國太空探索技術(shù)公司(SpaceX),旨在降低太空飛行的成本,實(shí)現火星移民。SpaceX正在開(kāi)發(fā)星際飛船,這是一種私人資助、完全可重復使用、用于星際和軌道空間飛行的發(fā)射系統。
星際飛船的獨特之處在于其火箭及“超級重型助推器”(Super Heavy Booster)的殼體選材。SpaceX最初計劃采用最先進(jìn)的碳纖維材料制造該飛船,但后來(lái)宣布將用閃閃發(fā)光的300系列不銹鋼材料來(lái)取代碳纖維。
這標志著(zhù)自20世紀50年代“阿特拉斯”洲際彈道導彈(ICBM)計劃失敗以來(lái),人們首次在火箭中使用這種材料。然而,由于星際飛船旨在用于星際旅行,因此材料選擇是SpaceX能否成功到達火星(離太陽(yáng)第四近的行星)的一個(gè)重要因素。

不銹鋼的卓越性能使星際飛船能夠應對極高和極低溫度
采用合適的材料制成
不銹鋼的一大優(yōu)勢在于熔點(diǎn)很高,適用于太空旅行。鋁或碳纖維的穩態(tài)下最高工作溫度為150°C,在180°C~200°C的溫度范圍內可短期工作,但這將弱化材料的性能。一些碳纖維材料在200°C的溫度下可連續工作,但材料的強度將有所降低。
在進(jìn)行適當的散熱控制情況下,鋼可以在820℃~870℃的高溫下正常工作。因此,一種創(chuàng )新的鋼制系統將用于星際飛船的隔熱層,保護飛船在進(jìn)入火星或地球等具有大氣層的星球時(shí)免受高溫破壞。
隔熱層有兩個(gè)以縱向加強條連接的不銹鋼層,水在其間流動(dòng)。隔熱層外部設有微孔,水可以從中“滲”出,通過(guò)蒸發(fā)冷卻的方式保持低溫。
要想實(shí)現火星移民計劃,降低飛行成本至關(guān)重要,不銹鋼在這一點(diǎn)上再次脫穎而出。碳纖維的成本為每公斤135美元,在加工過(guò)程中至少會(huì )產(chǎn)生30%的廢料,這意味著(zhù)其實(shí)際成本大約為每公斤200美元。而同等重量的不銹鋼僅需花費3美元。

不銹鋼極具成本效益、性能卓越,這對SpaceX成功實(shí)現其火星移民計劃來(lái)說(shuō)至關(guān)重要
勇?lián)请H航行的重任
當把飛船發(fā)射到地球大氣層外部空間時(shí),必須考慮到每一克的重量,并盡可能地減輕重量。在傳統觀(guān)念中,人們不會(huì )將鋼視作輕型材料,但實(shí)際上,不銹鋼的特有屬性使它成為了減輕飛船重量的最佳選擇。
太空既寒冷又黑暗,始終處于-270℃的嚴寒之中。在這樣的低溫下,不銹鋼的強度將提高50%。由于其組成成分中含有鉻—鎳元素,因此不銹鋼即使在非常低的溫度下也不會(huì )變脆。
不銹鋼的高延展性、高韌性以及在低溫環(huán)境下不易發(fā)生斷裂的特性,使其成為制造星際火箭的完美材料。這些特性意味著(zhù)材料用量的減少,從而進(jìn)一步降低火箭重量,使不銹鋼成為實(shí)現太空旅行的絕佳材料。
星際飛船采用可重復使用的設計思路。SpaceX聲稱(chēng),該飛船在著(zhù)陸一小時(shí)后即可重新發(fā)射。出于這種考慮,該公司的材料團隊一直在研發(fā)一種鉻含量更高的新型不銹鋼合金。這種304L合金具有更強的耐腐蝕能力和抗退化能力,非常適合星際移民的持續重復使用需求,堪稱(chēng)完美之選。
顯然,SpaceX工程師的想象力和技能以及駕駛飛船的宇航員團隊的英勇精神將引領(lǐng)星際航行。然而,正是鋼材的持久性能,使得人類(lèi)的火星之旅變得更為切實(shí)可行。