拒绝涂装！星舰选择更便宜的不锈钢和更实用的TUFROC

慧正资讯报道，美东时间10月13日上午8时30分，SpaceX的新一代重型运载火箭“星舰”（Starship）完成了第五次试射，其中第一级超级重型助推器成功实现“历史性着陆”。在直播中可以看到，该助推器稳稳悬挂在两个巨型金属臂（俗称“筷子”）之间。同时，星舰飞船在太空中继续航行，随后顺利重返大气层并在印度洋上溅落。

助推器的成功回收标志着SpaceX在可回收火箭技术上的重要进展，意味着未来发射将更加经济高效，因为成功回收的助推器将减少新火箭的制造需求。

根据战略和国际研究中心的预测，按照星舰项目的推进速度，预计在2030年前后，星舰将把太空飞行的成本控制在每公斤200美元以下，这一价格远低于中国的长征系列运载火箭和俄罗斯的安加拉运载火箭。

值得注意的是，星舰的结构材料选择了廉价的不锈钢，并拒绝涂装，在保证性能的同时，显著的降低了成本和复杂性，其表现卓越且可回收再应用的热防护系统，则更是将材料的高性能和循环使用发挥的淋漓尽致。

拒绝涂装的廉价不锈钢

星舰的结构采用高强度不锈钢合金，这种材料具备出色的耐高温和耐腐蚀性能，能够承受极端温度变化和环境条件，尤其是在进入和重返大气层时。最初，SpaceX曾考虑使用先进的碳纤维结构，但由于成本高昂和工艺复杂，进展缓慢。碳纤维的成本约为每公斤135美元，且有35%的报废率，实际成本接近每公斤200美元，而不锈钢的成本仅为每公斤3美元。星舰目前主要使用3.6毫米304L不锈钢，取代早期的4毫米304L，直接减轻了箭体1/10的重量。这种不锈钢由芬兰的Outokumpu公司生产，位列全球不锈钢行业前十。

不锈钢作为铁基合金，含有至少10.5%的铬，铬元素与铁中的碳反应，形成一层自我修复的氧化铬膜，从而提供优异的耐腐蚀性。除了铬之外，不锈钢还可能含有镍、钼和钛等元素，以提高其耐蚀性、强度和韧性。

与碳复合材料相比，不锈钢在设计中需要的热防护措施较少，从而弥补了钢材较高质量的缺点。在再入过程中，箭体承受的温度最高不超过330℃，发动机周围的温度亦不超过925℃，可以通过被动辐射冷却来应对。这意味着星舰的背风侧不需要任何隔热层。

最实用的航天器热防护材料

在迎风面，SpaceX最终决定使用TUFROC防热材料（增韧型单片纤维增强抗氧化复合材料）来实现热防护系统。马斯克曾表示，虽然钢的强度重量比低温状态的碳纤维稍差，但在高温下表现优越。304不锈钢的耐高温性（常见工作温度可达800℃）以及其高热导率（常温下为16 W/m·K），使得防热瓦的覆盖面积得以减少。此外，TUFROC相较于传统的PICA-X材料在烧蚀减薄上表现更好，从而可能显著降低防热瓦的整体重量。

TUFROC是一种适用于2900°F（约1593℃）以上的可重复使用热防护系统，单次使用温度可达3600°F（约1982℃）。这一材料最初为NASA的X-37项目开发，后用于空军的X-37B机翼前缘（WLE）。与碳/碳材料相比，TUFROC不仅具备类似的高温能力，其制造成本也低一个数量级，且生产速度更快。NASA的公开材料显示，TUFROC由RCG玻璃涂层、ROCCI帽和二氧化硅绝缘层组成，RCG玻璃涂层主要通过热反射抵御3000°F（约1649℃）的高温，而ROCCI帽则由碳纤维和碳氧化硅基体构成，经过处理后可有效控制热膨胀。

这一技术曾获得美国年度发明奖，星舰不仅使用了与X-37B相同的产品，甚至连安装方式也进行了原版复刻。这项显著降低质量和成本的热防护技术，被认为是后航天飞机时代航天器防热技术中最具实用价值的发明之一。

总体而言，星舰在材料应用上的创新将深远影响未来的航天技术和商业市场。其高强度合金和先进复合材料的使用，不仅推动了航天器设计和制造的技术进步，还提升了可重复使用性，降低了整体发射成本。这一模式为其他航天器的可重复使用发展提供了宝贵的范例，支持人类深入太空探索，促进了商业航天市场的竞争与创新。此外，星舰所采用的新材料和焊接技术将激发材料科学的研究，推动新型材料的发明与应用，并强调了环境可持续性，从而引导航天工业朝向更环保的方向发展。这些变化将为人类未来的宇宙探索奠定坚实基础。