慧正資訊報道，美東時間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(xiàn)“歷史性著陸”。在直播中可以看到，該助推器穩(wěn)穩(wěn)懸掛在兩個巨型金屬臂（俗稱“筷子”）之間。同時，星艦飛船在太空中繼續(xù)航行，隨后順利重返大氣層并在印度洋上濺落。

助推器的成功回收標志著SpaceX在可回收火箭技術上的重要進展，意味著未來發(fā)射將更加經(jīng)濟高效，因為成功回收的助推器將減少新火箭的制造需求。

根據(jù)戰(zhàn)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年前后，星艦將把太空飛行的成本控制在每公斤200美元以下，這一價格遠低于中國的長征系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的不銹鋼，并拒絕涂裝，在保證性能的同時，顯著的降低了成本和復雜性，其表現(xiàn)卓越且可回收再應用的熱防護系統(tǒng)，則更是將材料的高性能和循環(huán)使用發(fā)揮的淋漓盡致。

拒絕涂裝的廉價不銹鋼

星艦的結構采用高強度不銹鋼合金，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(huán)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，但由于成本高昂和工藝復雜，進展緩慢。碳纖維的成本約為每公斤135美元，且有35%的報廢率，實際成本接近每公斤200美元，而不銹鋼的成本僅為每公斤3美元。星艦目前主要使用3.6毫米304L不銹鋼，取代早期的4毫米304L，直接減輕了箭體1/10的重量。這種不銹鋼由芬蘭的Outokumpu公司生產(chǎn)，位列全球不銹鋼行業(yè)前十。

不銹鋼作為鐵基合金，含有至少10.5%的鉻，鉻元素與鐵中的碳反應，形成一層自我修復的氧化鉻膜，從而提供優(yōu)異的耐腐蝕性。除了鉻之外，不銹鋼還可能含有鎳、鉬和鈦等元素，以提高其耐蝕性、強度和韌性。

與碳復合材料相比，不銹鋼在設計中需要的熱防護措施較少，從而彌補了鋼材較高質量的缺點。在再入過程中，箭體承受的溫度最高不超過330℃，發(fā)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不需要任何隔熱層。

最實用的航天器熱防護材料

在迎風面，SpaceX最終決定使用TUFROC防熱材料（增韌型單片纖維增強抗氧化復合材料）來實現(xiàn)熱防護系統(tǒng)。馬斯克曾表示，雖然鋼的強度重量比低溫狀態(tài)的碳纖維稍差，但在高溫下表現(xiàn)優(yōu)越。304不銹鋼的耐高溫性（常見工作溫度可達800℃）以及其高熱導率（常溫下為16 W/m·K），使得防熱瓦的覆蓋面積得以減少。此外，TUFROC相較于傳統(tǒng)的PICA-X材料在燒蝕減薄上表現(xiàn)更好，從而可能顯著降低防熱瓦的整體重量。

TUFROC是一種適用于2900°F（約1593℃）以上的可重復使用熱防護系統(tǒng)，單次使用溫度可達3600°F（約1982℃）。這一材料最初為NASA的X-37項目開發(fā)，后用于空軍的X-37B機翼前緣（WLE）。與碳/碳材料相比，TUFROC不僅具備類似的高溫能力，其制造成本也低一個數(shù)量級，且生產(chǎn)速度更快。NASA的公開材料顯示，TUFROC由RCG玻璃涂層、ROCCI帽和二氧化硅絕緣層組成，RCG玻璃涂層主要通過熱反射抵御3000°F（約1649℃）的高溫，而ROCCI帽則由碳纖維和碳氧化硅基體構成，經(jīng)過處理后可有效控制熱膨脹。

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

總體而言，星艦在材料應用上的創(chuàng)新將深遠影響未來的航天技術和商業(yè)市場。其高強度合金和先進復合材料的使用，不僅推動了航天器設計和制造的技術進步，還提升了可重復使用性，降低了整體發(fā)射成本。這一模式為其他航天器的可重復使用發(fā)展提供了寶貴的范例，支持人類深入太空探索，促進了商業(yè)航天市場的競爭與創(chuàng)新。此外，星艦所采用的新材料和焊接技術將激發(fā)材料科學的研究，推動新型材料的發(fā)明與應用，并強調(diào)了環(huán)境可持續(xù)性，從而引導航天工業(yè)朝向更環(huán)保的方向發(fā)展。這些變化將為人類未來的宇宙探索奠定堅實基礎。