spacex的星舰居然用不锈钢做外壳材料

crazypeanut

马斯克在美国国家科学院联席会议上接受提问时回答过为什么用不锈钢这个问题，国内有人翻译总结如下：




碳纤维：研发初期就是用的碳纤维，但是遇到了以下的问题.

1.每公斤130美元，是一种非常昂贵的材料。

2.碳纤维是多孔的，星舰的燃料罐和氧气罐是气态加压的，分别用甲烷和纯氧。

如果加热的纯氧遇到碳纤维，很可能会与碳纤维里的树脂和碳发生反应燃烧，所以要在容器罐中加惰性衬里防止外泄，增加了研发难度和成本。

3.火箭直径有九米，若使用碳纤维的话，根据所在位置不同，会把碳纤维包裹成60到220层不等。所以在包裹的过程中，既要准确无误，又要解决产生气泡.隔板之类通常需要面对的问题。

4.星舰直径九米，助推器就有70米长，非常巨大。为了使碳纤维获得良好的性能，需要制造一个极其庞大的高压釜，这又是一个十分棘手的问题。

5.再入时，由于高温，而碳纤维的强度在两百度以上时就直线下滑，所以需要厚重的隔热瓦，增加了整体的重量。

铝锂合金：在碳纤维进展缓慢时，更换成了猎鹰九号的铝锂合金。

1.每公斤40美元，依然不便宜。

2.这种材料很难焊接，需要做Friction Stir Welding，按意思直译是摩擦搅拌焊接，和平时用的摩擦焊接应该不是同一种工艺，估计相当复杂。

3.这种合金的强度在超过200度时，和碳纤维一样会直线下滑，所以同样需要厚重的隔热瓦增加了重量。

301系不锈钢:后面使用的是301系的不锈钢。

因为星舰的燃料甲烷和氧化剂纯氧都需要低温液态储存，而301系的不锈钢在低温环境下，会遇到易断裂的问题，韧性不够。

304系不锈钢：问题得到了一定程度的改善。

30X不锈钢：SpaceX自研的合金，比304系还要好。下面是他的优点。

1.成本每公斤4美元，非常廉价。

2.强度问题。在低温环境下，不锈钢的强度会大幅上升，是室温的两倍。因此在低温环境下进行冷加工，最后的强度与高级碳纤维和铝锂合金差不多。

3.而在低温环境下301系韧性不够易断裂的缺点，30X得到了解决，韧性和弹性都很好。

4.不锈钢厚度足够，只需要一层，加工只需要在低温环境下轧机卷压即可。

5.在高温环境下，相比于碳纤维和铝锂合金200度来说，不锈钢在800度甚至到1000度，都有足够的强度，因此隔热瓦很轻薄，并且只需在迎风面铺隔热瓦，背风面不需要铺隔热瓦，又一定程度上减轻了重量。

6.由于各种原因减轻的重量，使得不锈钢箭体的总质量比碳纤维还要低。

总结：1.总重量低。2.成本骤降。3.加工容易。4.强度，韧性差不多。

373527271

里面有些叙述不准确，应该是翻译的问题。调整合金元素，特别是镍元素可以抵抗低温
脆性这个是正常操作。但是30X系高温性能不可能在800度，甚至1000度都有很高的强度
正常情况，钢材的工况温度不超过其熔点0.4倍，假设其熔点是1500度，最高使用温度
应该不超过600度，即使是镍基718，长时间使用温度也不超过700度。

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鸟国材料能力，不是我们能比拟的，马斯克自身就是材料与结构专家，

skyloss

https://www.space.com/43101-elon ... steel-starship.html

Architect

skyloss 发表于 2023-1-17 06:37
https://www.space.com/43101-elon-musk-explains-stainless-steel-starship.html

“马斯克告诉《大众力学》主编瑞安·达戈斯蒂诺，不锈钢的高熔点也是一大优势。



马斯克说：“因此，对于稳定的工作温度，通常是铝或碳纤维，温度确实限制在300华氏度（150摄氏度）左右。没有那么高。”。“你可以在350华氏度（或180摄氏度）以上进行短暂的短途旅行。400华氏度（或者200摄氏度），你真的在推动它。它会减弱。还有一些碳纤维可以承受400华氏度，但是你的强度会下降。但是钢，你可以承受1500华氏度、1600华氏度（820到870摄氏度）。”



马斯克还详细介绍了SpaceX对Starship创新隔热系统的计划，该系统将采用蒸发冷却。

马斯克告诉达戈斯蒂诺：“基本上，你只需要两个（不锈钢）层与桁条连接。你可以在夹层之间流动燃料或水，然后你在外面有微小的穿孔-非常微小的穿孔，你可以通过外面的微小穿孔来排出水，也可以排出燃料。”。“据我所知，这是以前从未提出过的。””