马斯克全程解说，三百万人围观星舰四飞火箭“烤翅”狂野奇观

秋收冬藏

　　6日，SpaceX新一代重型运载火箭“星舰”以及飞船集成系统进行第4次试验发射并首次实现海面软着陆，这次星舰主要采用300系列不锈钢制造，取代之前最先进的碳纤维，让星舰重返大气层时能承受更高热量。

　　“今天是让人类未来成为航天文明的伟大日子！没有什么比齐心协力实现鼓舞人心的目标更能将我们团结在一起的了。”

　　——埃隆·马斯克

　　1．

　　北京时间6日晚8：50（当地时间早上7：50），得州星城，由B11+S29组合的第四次星舰综合飞行测试在薄雾中启动。



　　起飞时，超重助推器33台发动机外圈有一台未点亮。



　　2．

　　起飞后约3分钟，一二级分离，星舰和超重助推器分道扬镳。



　　约4分钟，超重助推器抛弃热分离环。



　　约7分钟，超重助推器B11按计划着陆反推点火，并在墨西哥湾水面受控软溅落。

　　埃隆说：“星舰超重火箭助推器成功软溅落！”

　　约12分钟至37分钟之间，星舰直播画面显示“等待获取信号”。

　　这期间，埃隆发帖解释：“我们确实有获取信号。11台内部摄像头正在传输信号。正在研究为什么外部摄像头没有信号”。过了几分钟说：“外部摄像头11分钟内上线”。



　　37分时，直播信号恢复。此后不久开始再入大气层。

　　约45分钟，星舰迎风面开始出现等离子体。约49分钟时，抗过了最高加热点。穿越大气层的过程中，全程有实时直播画面，星舰和星链成功克服了“黑障”！

　　埃隆：“星舰如流星般再入。”



　　3．

　　星舰穿越大气层的15分钟，全球三百多万人全程围观了大火炙烤这枚不锈钢火箭的奇观。

　　最后五分钟，星舰的襟翼和舰体连接处受损，“烤翅”的画面极为狂野。

　　烤翅位置为星舰上方一侧襟翼。另一侧的襟翼没有直播镜头覆盖，不清楚是否也有损伤。



　　埃隆说：“不锈钢对于温度具有惊人的韧性。我们将进一步改进SX300合金，让它能够承受更高的温度。

　　如你所知，以前从未制造过完全可立即重复使用的轨道热防护罩，这是剩下来最棘手的问题。解决这个问题的关键在于，要能够在很多飞船上反复迭代很多想法。”

　　埃隆还转发了一张梗图，并评注：“精确”



　　4．

　　根据今天凌晨每日宇航员Tim Todd发布的视频片段，四飞前夜，马斯克就预见到了襟翼和星舰的连接位置是一个薄弱环节。他说：

　　“要密封铰链缝隙，以避免热气穿透这个接口，穿透襟翼铰链的这个位置。因为如果热气快速流过，穿透隔热瓦，就会烧坏所有的一切。

　　我们在前后襟翼铰链处都做了热气密封。关键问题之一就是，这个密封管用吗？我们认为管用，但也可能不行”。

　　埃隆又评论：“预测并不难！我们将在下一次飞行中搞定这一问题。请注意，最新版本的星舰已将前襟翼移向背风方向。这将有助于提高可靠性，方便制造和有效载荷进入轨道。”

　　5．

　　烈火和高温也损坏了相机镜头，在马赛克画质的直播画面中，星舰成功溅落印度洋！至此，火箭一二级都按计划软溅落，特别是二级星舰在襟翼受损的情况下仍然撑过了再入的整个过程，四飞成功！

　　埃隆说：“尽管丢失了许多隔热瓦，襟翼也损坏了，但星舰还是一路平稳地软溅落在了大海里！”

　　控制室：咦，大人们忙着发射火箭，谁还把孩子带来了？！！



　　6．

　　K10问：“可能还需要多少个迭代才能尝试机械臂捕捉？”

　　埃隆说：“我认为我们应该在下一次发射中尝试用机械臂抓住助推器！”

　　埃隆：“不锈钢火箭”



　　埃隆：“今天是让人类未来成为航天文明的伟大日子！没有什么比齐心协力实现鼓舞人心的目标更能将我们团结在一起的了。”



SpaceX星舰推进团队合影，图：S.E． Robinson， Jr．
　　7．

　　埃隆说：“为什么星舰采用不锈钢制造？这篇5年前的文章（注：见下）解释了其中的原因。

　　值得注意的是，如果飞船由铝或碳纤维制成，在重返大气层时就会失效，因为它们无法承受热量。

　　我们确实改用了（主要是）被动式的玻璃隔热罩，而不是主动冷却的钢制隔热罩，因为后者更重，至少根据最初的计算是这样的。”

　　埃隆·马斯克：为什么我要用不锈钢制造星舰？

　　《Popular Mechanics》2019年1月22日

　　SpaceX公司正在用不锈钢制造一枚巨大的火箭。据我们所知，这标志着自20世纪50年代末阿特拉斯计划的一些早期失败尝试以来，不锈钢材料首次被用于航天器的建造。

　　我们之所以知道他正在这么做，是因为在经历了数周关于调整设计的传言之后，马斯克在圣诞节前几天透露，这次调整将远不止于此。构成星舰火箭（原名BFR，或Big Falcon Rocket，或Big F-other-word Rocket）及其超重助推器主体的最先进的碳纤维将被300系列不锈钢所取代。

　　1月10日，马斯克在推特上发布了一张星舰测试版的照片——基本上是一个原型，可用于亚轨道垂直起飞和着陆试飞，高度可达16400英尺左右。他称这些飞行为“跳跃”（hops）。



　　自这次准亮相以来，马斯克通过推特简短地回答了好奇的太空观察者们提出的一些直接问题。但在宣布之前两周，他在位于加利福尼亚霍桑的SpaceX 总部，接受了《Popular Mechanics》杂志主编瑞安·达戈斯蒂诺（Ryan D‘Agostino）的独家专访，详细讨论了这一改变背后的想法。以下是他对这一重大变化的看法。

　　瑞安·达戈斯蒂诺：你一直在忙着重新设计星舰。

　　埃隆·马斯克：是的。在星舰和超重火箭助推器的设计上，我改用了一种特殊的不锈钢合金。我为此考虑了一段时间。这有点违背直觉。我花了很大力气才说服团队朝这个方向发展。

　　但现在，我相信他们被说服了——嗯，他们被说服了。我们一直在研究先进的碳纤维结构，但进展非常缓慢，每公斤成本高达135美元。此外，还有大约35%的报废率——剪下的织物，有一部分是不能使用的。布料浸渍了高强度树脂，非常棘手。织物有60到120层。

　　瑞安： 不锈钢与之相比如何？

　　埃隆： 不锈钢的反直觉之处在于，显然它很便宜，速度也很快，但显然不像是最轻的。但它其实的确是最轻的。看看优质不锈钢的特性，不明显的一点在于，在低温条件下，其强度提高了50%。

　　大多数钢在达到低温后会变得非常脆。你见过用液氮处理普通碳钢的技巧：喷洒液氮，用锤子敲它，它就会像玻璃一样碎裂。大多数钢材都是如此，但铬镍含量较高的不锈钢则不然。铬镍含量高的不锈钢强度更高，且延展性仍然很高。比如说，在零下330华氏度时，延展性可以达到12%到18%。延展性非常好，非常坚韧。没有断裂问题。

　　断裂韧性是这样一种特性：如果一个东西出现细小裂纹，材料是倾向于阻止裂纹，还是裂纹会继续扩散？当你经历反复的振动和多重应力循环时，材料中的小瑕疵会扩散到什么程度？

　　瑞安：有些材料可以阻止自己的裂缝。

　　埃隆： 是的，比如陶瓷——就像咖啡杯——就很难阻止裂纹的产生。一旦裂纹开始，它就会像玻璃一样。有些金属的断裂韧性比其他金属好，断裂韧性也会随温度变化而变化。从技术上讲，韧性是应力-应变曲线下的面积。因此，当你对某个物体施加应力时，这个物体能产生多大的应变？这是一个重要的优点。

　　不锈钢是早期阿特拉斯（Atlas）系统中使用的材料。早期的阿特拉斯是一个钢制气球罐。早期阿特拉斯计划的缺陷是材料太薄，在自身重量的作用下会坍塌。这种钢制气球根本无法站立。它会像充气城堡一样倒塌。它甚至不能承载一个小的有效载荷——早期的“阿特拉斯”号曾多次在发射台上坍塌，造成灾难。

　　不过这里有个小窍门，我认为当你把它当作重返大气层的飞行器时，这个小窍门就非常重要了。这就是钢的另一个优点：它的熔点很高，比铝高很多，而且虽然碳纤维不会熔化，但树脂在一定温度下会被破坏。因此，通常情况下，铝或碳纤维的稳态工作温度限制在华氏300度左右，这并不高。你可以短暂超过这个温度，也许是350度。如果是400度，那就在挑战极限了，它会变的脆弱。有些碳纤维可以承受400华氏度的高温，但强度会下降。

　　但钢材可以承受1500或1600华氏度的高温。

　　瑞安：你们这里有整个冶金团队吗？

　　埃隆： 我们有一个很好的材料小组，但最初我们只使用高质量的301不锈钢。还有一件重要的事情会带来很大的不同：上升时，你需要在低温条件下强度高的材料；而进入大气层时，则需要能够承受高温的材料。因此，隔热罩的质量取决于隔热瓦和空气框架之间界面的温度。究竟是机械式还是粘接式——不管接触点是什么——决定了隔热罩的厚度。

　　例如，在龙飞船上，隔热罩的厚度其实是由隔热瓦与外壳的粘合线之间的热浸蚀所决定的。这并不是由隔热瓦的侵蚀造成的。它其实是由隔热瓦与粘合线的热传导性驱动的，这样我们就不会在下降时丢失隔热瓦。从根本上说，你不希望隔热瓦掉落。

　　有了钢材，你就可以在1500华氏度（而不是300华氏度）的接触温度下舒适地工作，接触点的温度能力提高了五倍。这意味着，对于钢结构来说，背风面不需要任何隔热层。

　　在迎风面，我想做的是首次采用再生隔热罩。双层不锈钢外壳就像不锈钢三明治，基本上有两层。你只需要把两层用支柱连接起来。你可以在夹层之间注入燃料或水，然后在外面打上微孔——非常微小的孔——你可以通过外面的微孔排水，也可以排燃料。除非近距离观察，否则你是看不到的。但你可以利用蒸发冷却来冷却火箭的迎风面。整个火箭看起来还是镀铬表面，就像我们面前这个鸡尾酒调酒器一样。但火箭的一侧将是双层的，这样做有两个目的，即加固火箭的结构，使它不会遭受阿特拉斯火箭的命运。隔热罩有双重作用。

　　是的，据我所知，以前从未有人提出过这样的建议。

　　瑞安：这是一个巨大的变化。

　　埃隆：是的。

　　瑞安：钢材从哪里来？

　　埃隆：  这就是301不锈钢。这么说吧，304不锈钢就是人们制造锅的材料。这种钢材很多。

　　瑞安：这对你的进度有什么影响？

　　埃隆： 会加快进度。

　　瑞安：因为它更容易加工？

　　埃隆： 是的。钢材非常容易加工。哦，忘了说了：碳纤维每公斤135美元，报废率35%，所以每公斤接近200美元。钢材每公斤3美元。

　　瑞安：这是个好主意。

　　埃隆： 是啊。

　　本文作者：瓦砾老瓦，来源：瓦砾村夫，原文标题：《马斯克全程解说，三百万人围观星舰四飞火箭“烤翅”狂野奇观》

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