马斯克:Starship 将用「流汗」的方式来抵抗重返大气的高温-而后网

在一篇美国杂志 Popular Mechanics 的专访中,马斯克进一步阐述了将 Starship 改成不锈钢外皮的原因,并且对其详细的运作方式进行了解释。除了我们已经知道的不锈钢优势 — 强度、加工难易性、单价等 — 之外,马斯克还进一步说明了 Starship 的一个独有的特色:利用「流汗」的方式来降低回返大气层时的表面温度。

先说回不锈钢。据马斯克的说法,原先 Starship 准备采用的碳纤复合材质取决于部位,需由 60 到 120 层的碳纤材料,利用高强度树脂黏合在一起。而且做出来的碳纤板还要经过裁切来符合需要,光这个部份就要浪费 35% 左右的材料。这使得原本单价就高昂的碳纤显得更昂贵,大约每公斤要价近 200 美元,相对来说,不锈钢每公斤只需约 3 美元。当然,碳纤的优势是轻,理论上不需要用那么多的材料就能达到足够的强度,问题是黏合的树脂大约摄氏 150 度左右就会开始融化,失去黏着力,因此以碳纤打造的船身必需要加上厚重的隔热机制来保护,最后的总重和自身就可以加热到 900 摄氏度也不会弱化的不锈钢相比,就不再有优势了。

在这之上,Starship 还有进一步的机制来保护自己。在回返时「背风」面马斯克表示不须要额外的保护,光靠不锈钢层的保护就可以;而在「迎风」面不锈钢板将会做成双层的,并在中间留下缝隙。飞船所携带的甲烷燃料将会被灌进这个缝隙之中,从机身表面吸收大量的热能,再由外侧钢板上无数的小孔中排出。整个运作原理其实和流汗相当类似,只是无论能量还是规模都大得太多了。

想来不少人的第一个疑问就是:这样甲烷不会烧起来,让它更热吗?事实上,在这么高的能量下,倒出去的甲烷差不多会立即被转变成等离子态,要温度下降到可以进行化学反应的程度,已经是不知道飞船之后几公里的事了。再者,穿过大气的速度是如此之快,传统燃烧作用发生的速度根本追不上 — 这可以想像成是和风吹蜡烛一样的意思,只是这里的风有十数倍音速罢了。

不过比较让人担心的是,Starship 上面现在「首创」的东西愈来愈多,无论是燃料类型(甲烷)、高效率的引擎燃料管道、变动式的引擎喷嘴、不锈钢的机身、乃至于今天的「排汗」式主动降温,任何一个恐怕稍微保守一点的公司都要验证、再验证才敢投入实用,而 SpaceX 这边则是几个月,甚至几个礼拜就丢一个新东西出来。如果一切顺利的话,Starship 领先现有火箭的幅度将大到难以想像,但要一切顺利还真是个不小的赌注啊。