拒絕塗裝！星艦選擇更便宜的不鏽鋼和更實用的TUFROC

星空体育app在线登录入口報道，美東(dong) 時間10月13日上午8時30分，SpaceX的新一代重型運載火箭“星艦”（Starship）完成了第五次試射，其中第一級超級重型助推器成功實現“曆史性著陸”。在直播中可以看到，該助推器穩穩懸掛在兩(liang) 個(ge) 巨型金屬臂（俗稱“筷子”）之間。同時，星艦飛船在太空中繼續航行，隨後順利重返大氣層並在印度洋上濺落。

助推器的成功回收標誌著SpaceX在可回收火箭技術上的重要進展，意味著未來發射將更加經濟高效，因為(wei) 成功回收的助推器將減少新火箭的製造需求。

根據戰略和國際研究中心的預測，按照星艦項目的推進速度，預計在2030年前後，星艦將把太空飛行的成本控製在每公斤200美元以下，這一價(jia) 格遠低於(yu) 中國的長征係列運載火箭和俄羅斯的安加拉運載火箭。

值得注意的是，星艦的結構材料選擇了廉價(jia) 的不鏽鋼，並拒絕塗裝，在保證性能的同時，顯著的降低了成本和複雜性，其表現卓越且可回收再應用的熱防護係統，則更是將材料的高性能和循環使用發揮的淋漓盡致。

拒絕塗裝的廉價(jia) 不鏽鋼

星艦的結構采用高強度不鏽鋼合金，這種材料具備出色的耐高溫和耐腐蝕性能，能夠承受極端溫度變化和環境條件，尤其是在進入和重返大氣層時。最初，SpaceX曾考慮使用先進的碳纖維結構，但由於(yu) 成本高昂和工藝複雜，進展緩慢。碳纖維的成本約為(wei) 每公斤135美元，且有35%的報廢率，實際成本接近每公斤200美元，而不鏽鋼的成本僅(jin) 為(wei) 每公斤3美元。星艦目前主要使用3.6毫米304L不鏽鋼，取代早期的4毫米304L，直接減輕了箭體(ti) 1/10的重量。這種不鏽鋼由芬蘭(lan) 的Outokumpu公司生產(chan) ，位列全球不鏽鋼行業(ye) 前十。

不鏽鋼作為(wei) 鐵基合金，含有至少10.5%的鉻，鉻元素與(yu) 鐵中的碳反應，形成一層自我修複的氧化鉻膜，從(cong) 而提供優(you) 異的耐腐蝕性。除了鉻之外，不鏽鋼還可能含有鎳、鉬和鈦等元素，以提高其耐蝕性、強度和韌性。

與(yu) 碳複合材料相比，不鏽鋼在設計中需要的熱防護措施較少，從(cong) 而彌補了鋼材較高質量的缺點。在再入過程中，箭體(ti) 承受的溫度最高不超過330℃，發動機周圍的溫度亦不超過925℃，可以通過被動輻射冷卻來應對。這意味著星艦的背風側(ce) 不需要任何隔熱層。

最實用的航天器熱防護材料

在迎風麵，SpaceX最終決(jue) 定使用TUFROC防熱材料（增韌型單片纖維增強抗氧化複合材料）來實現熱防護係統。馬斯克曾表示，雖然鋼的強度重量比低溫狀態的碳纖維稍差，但在高溫下表現優(you) 越。304不鏽鋼的耐高溫性（常見工作溫度可達800℃）以及其高熱導率（常溫下為(wei) 16 W/m·K），使得防熱瓦的覆蓋麵積得以減少。此外，TUFROC相較於(yu) 傳(chuan) 統的PICA-X材料在燒蝕減薄上表現更好，從(cong) 而可能顯著降低防熱瓦的整體(ti) 重量。

TUFROC是一種適用於(yu) 2900°F（約1593℃）以上的可重複使用熱防護係統，單次使用溫度可達3600°F（約1982℃）。這一材料最初為(wei) NASA的X-37項目開發，後用於(yu) 空軍(jun) 的X-37B機翼前緣（WLE）。與(yu) 碳/碳材料相比，TUFROC不僅(jin) 具備類似的高溫能力，其製造成本也低一個(ge) 數量級，且生產(chan) 速度更快。NASA的公開材料顯示，TUFROC由RCG玻璃塗層、ROCCI帽和二氧化矽絕緣層組成，RCG玻璃塗層主要通過熱反射抵禦3000°F（約1649℃）的高溫，而ROCCI帽則由碳纖維和碳氧化矽基體(ti) 構成，經過處理後可有效控製熱膨脹。

這一技術曾獲得美國年度發明獎，星艦不僅(jin) 使用了與(yu) X-37B相同的產(chan) 品，甚至連安裝方式也進行了原版複刻。這項顯著降低質量和成本的熱防護技術，被認為(wei) 是後航天飛機時代航天器防熱技術中最具實用價(jia) 值的發明之一。

總體(ti) 而言，星艦在材料應用上的創新將深遠影響未來的航天技術和商業(ye) 市場。其高強度合金和先進複合材料的使用，不僅(jin) 推動了航天器設計和製造的技術進步，還提升了可重複使用性，降低了整體(ti) 發射成本。這一模式為(wei) 其他航天器的可重複使用發展提供了寶貴的範例，支持人類深入太空探索，促進了商業(ye) 航天市場的競爭(zheng) 與(yu) 創新。此外，星艦所采用的新材料和焊接技術將激發材料科學的研究，推動新型材料的發明與(yu) 應用，並強調了環境可持續性，從(cong) 而引導航天工業(ye) 朝向更環保的方向發展。這些變化將為(wei) 人類未來的宇宙探索奠定堅實基礎。