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马斯克亲自回答他为什么用不锈钢做星舰外壳

开始的时候我们问工程师什么材料最强最轻,显然不是钢材,大家都知道钢材很重,最明显的答案是碳纤维复合材料。这个材料在130刀一公斤。但我们在快速迭代时遇到很大的问题无法解决:
在低温下,这个材料性能下降,多孔,并且在纯氧环境下可能会燃烧。因为为了使用这个材料我们不得不加上很多又贵又麻烦的材料,搞这个,特别是针对我们九米粗70米高的箭体。要做得特别圆,不能有气泡不能有孔。很有挑战性。

我们的待选材料还有两种,一种是铝锂合金,强度很高,很难焊接。我们的鹰隼九就是用的这个。这个大约是40美元每公斤。

另一种材料就是不锈钢,300系列的不锈钢好焊接好加工,室温强度一般,但这个材料的性能随着低温不下降,甚至到了液氧液氮温区强度反倒增强两倍以上。在低温区的性能不亚于碳纤维复合材料。整好星舰的燃料罐和液氧罐都是低温的,使用不锈钢就很有好处。鹰隼九只有液氧罐是低温,所以没用这个。

我们开始使用301不锈钢,低温韧性上有点不足,然后我们改成了304不锈钢,满足了需求。现在我们开发出自己的30X不锈钢做箭体,性能更好。不锈钢的价格在4美元/公斤上。

从工艺上我们从120层复合工艺降到了一层工艺。甚至都不用给他喷漆(没有额外成本)

再考虑复用火箭需求。当火箭再入时速度可能达到20多马赫,材料会经历高温。不锈钢的熔点可比铝锂高多了。高温堆先进碳纤维也是重大挑战,任何粘合剂或者对铝来说在两百度以上其机械强度开始急剧下降。对不锈钢,800度都没问题,甚至1000度。对星舰来说,使用不锈钢,耐热层的重量可以显著降低。并且使用不锈钢的星舰,可以只做热面的防护。另一面连防热瓦都不要装。总体算下来,使用不锈钢的箭体,比使用碳纤维箭体的重量要轻。
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