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SpaceX BFR + Starship 將用「流汗」的方式來抵抗重返大氣的高溫
2019-02-23 20:37:53 *
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作者 主題: SpaceX BFR + Starship 將用「流汗」的方式來抵抗重返大氣的高溫  (閱讀 1755 次)
peter
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« 回覆文章 #15 於: 2018-12-25 12:42:19 »

https://www.cnbeta.com/articles/science/801793.htm




https://bgr.com/2018/12/24/elon-musk-starship-twitter-spacex/

Elon Musk shows off stainless steel ‘Starship’
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« 回覆文章 #16 於: 2019-01-07 12:44:32 »

https://chinese.engadget.com/2019/01/05/spacex-starship-hopper/



從去年 12 月下旬開始,位於美國德州南端 Boca Chica 的 SpaceX 私有發射基地出現了一個不鏽鋼製的「水塔」, 說它是水塔,但卻長出了三根粗粗的圓柱型的「腳」在側面,引發了各種的揣測 -- 有人認為它就是個水塔、有人認為這是 Boca Chica 新的裝置藝術、也有人懷疑這是 Starship 的初代機,但由於長得實在太不像個火箭,後者的論點一開始並沒有什麼市場。

然而隨著時間慢慢過去,先是在水塔旁邊出現了同樣不鏽鋼的圓錐體、以及更多的不鏽鋼結構,讓 SpaceX 竟然在光天化日下組裝新火箭的可能愈來愈高,接著眼尖的觀察者先是發現了水塔底下冒出了三個火箭噴嘴,然後是側面的圓柱體腳和圓桶狀的火箭機體間出現翼面、最後則是在機身側面出現了大大的美國國旗,基本上確定了這是真的準備飛行的測試機。

今天 Elon Musk 終於在一連串的推文中,確認了這個神祕火箭的身份,以及未來的計畫。Elon 稱其為「Starship Hopper」,意即它應該會和 Grasshopper 一樣,是個大氣內的技術測試平台,並沒有要上太空的打算。測試的重點當然就是還沒有在火箭上正式飛行過的 Raptor 引擎,目前裝上機體內的 Raptor「一半是開發組件、一半是完成品組件」,完整版的 Hopper 用 Raptor 引擎正在最後組裝階段,預計下個月點火測試。

接著就不得不來到 Starship 發展至今最為巨大的變革:不鏽鋼的採用了。除了火箭開發的早期以外,幾乎沒有以不鏽鋼為材料的火箭,因為不鏽鋼雖然堅固、耐侵蝕,但其密度也高。對於真正是「斤斤計較」的火箭來說,厚度足以支撐火箭的不鏽鋼機身實在是太重了,還是碳纖維之類的先進材料,更能提升火箭的載荷。  然而,Starship 有一點和傳統火箭不一樣之處,是它還必須要由宇宙回返,因此如果以碳纖為材料的話,就還要在外面加上隔熱材質來保護碳纖機身,而且這個隔熱材質還要定期「補充」才行。相對來說,不鏽鋼的機身本身就可以加熱到相當高的溫度,也不用擔心受損,而且在經過拋光之後,鏡面的表面還能反射掉不少的輻射熱,因此不用再額外加上保護材質了。經過 SpaceX 的計算發現,如果算上隔熱相關的重量的話,其實「全裸」的不鏽鋼機身並不會重多少,而且不鏽鋼無論是生產、加工、還是組裝,都要比碳纖要便宜、容易的太多,由這次 Starship Hopper 超高速的組裝(而且在室外!)就可見一斑。

依 Musk 的估計,Starship Hopper 本身則是以 4~8 週後首飛為目標,也就是說從它第一次現身到首飛間,竟然只花了兩到三個月的時間,比之前預告的還要再早了一點。這速度果然堪稱恐怖啊。
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« 回覆文章 #17 於: 2019-01-07 12:45:50 »

https://www.bloomberg.com/news/articles/2019-01-05/musk-aims-to-test-starship-hopper-next-month-tweets-mock-up

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« 回覆文章 #18 於: 2019-01-11 18:30:44 »

「Starship Hopper」已經組裝完成了 能進入地球軌道的版本最快六月就能出廠 
https://chinese.engadget.com/2019/01/11/elon-musk-shows-off-spacex-starship/



繼續著超高速的進度,Musk 今天在推特上宣佈了 SpaceX 的不鏽鋼測試火箭已經完成組裝,可以進行測試了。Musk 並且放出了一張 Starship Hopper 的「真機實拍」圖,而且還擺了個 Starman 在底下做比例尺呢。

和先前的渲染圖相比,「真機」顯得有些凹凸不平,Musk 解釋說這架因為只準備在低空進行垂直起飛和降落的測試(主要應該是測試 Raptor 引擎),所以蒙皮不若正式版的厚,組裝的方式也不完全一樣。目前的推測是「軌道版」的 Starship 應該會採用更大片的不鏽鋼板與更精細的工藝,並且在 SpaceX 位於洛杉磯港內新租的工廠組裝,應該不會像 Hopper 一樣這麼「粗枝大葉」才是
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« 回覆文章 #19 於: 2019-01-23 23:24:47 »

Starship 將用「流汗」的方式來抵抗重返大氣的高溫

https://chinese.engadget.com/2019/01/23/spacex-starship-sweat/

Elon Musk 進一步闡述了將 Starship 改成不鏽鋼外皮的原因,並且對其詳細的運作方式進行瞭解釋。除了我們已經知道的不鏽鋼優勢 -- 強度、加工難易性、單價等 -- 之外,Musk 還進一步說明了 Starship 的一個獨有的特色:利用「流汗」的方式來降低回返大氣層時的表面溫度。

先說回不鏽鋼。據 Musk 的說法,原先 Starship 準備採用的碳纖復合材質取決於部位,需由 60 到 120 層的碳纖材料,利用高強度樹脂黏合在一起。而且做出來的碳纖板還要經過裁切來符合需要,光這個部份就要浪費 35% 左右的材料。這使得原本單價就高昂的碳纖顯得更昂貴,大約每公斤要價近 200 美元,相對來說,不鏽鋼每公斤只需約 3 美元。當然,碳纖的優勢是輕,理論上不需要用那麼多的材料就能達到足夠的強度,問題是黏合的樹脂大約攝氏 150 度左右就會開始融化,失去黏著力,因此以碳纖打造的船身必需要加上厚重的隔熱機制來保護,最後的總重和自身就可以加熱到 900 攝氏度也不會弱化的不鏽鋼相比,就不再有優勢了。

在這之上,Starship 還有進一步的機制來保護自己。在回返時「背風」面 Musk 表示不須要額外的保護,光靠不鏽鋼層的保護就可以;而在「迎風」面不鏽鋼板將會做成雙層的,並在中間留下縫隙。飛船所攜帶的甲烷燃料將會被灌進這個縫隙之中,從機身表面吸收大量的熱能,再由外側鋼板上無數的小孔中排出。整個運作原理其實和流汗相當類似,只是無論能量還是規模都大得太多了。

想來不少人的第一個疑問就是:這樣甲烷不會燒起來,讓它更熱嗎?事 實上,在這麼高的能量下,倒出去的甲烷差不多會立即被轉變成等離子態,要溫度下降到可以進行化學反應的程度,已經是不知道飛船之後幾公里的事了。再者,穿過大氣的速度是如此之快,傳統燃燒作用發生的速度根本追不上 -- 這可以想像成是和風吹蠟燭一樣的意思,只是這裡的風有十數倍音速罷了。

不過比較讓人擔心的是,Starship 上面現在「首創」的東西愈來愈多,無論是燃料類型(甲烷)、高效率的引擎燃料管道、變動式的引擎噴嘴、不鏽鋼的機身、乃至於今天的「排汗」式主動降溫,任何一個恐怕稍微保守一點的公司都要驗證、再驗證才敢投入實用,而 SpaceX 這邊則是幾個月,甚至幾個禮拜就丟一個新東西出來。如果一切順利的話,Starship 領先現有火箭的幅度將大到難以想像,但要一切順利還真是個不小的賭注啊。
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« 回覆文章 #20 於: 2019-01-24 11:03:09 »

Hurricane-Force Gusts Knocked Over SpaceX's Starship
https://www.businessinsider.com/spacex-elon-musk-starship-test-hopper-rocket-ship-damaged-2019-1
https://www.cnbeta.com/articles/science/811875.htm

在强风突袭了火箭的上半部分之后,SpaceX在火星原型火箭开发方面受到一些挫折。首席执行官埃隆·马斯克周三在一条推文中说,每小时50英里的强风“在昨晚深夜弄坏了系泊区块”并损毁了火箭的“整流罩” - 火箭顶部的巨大鼻锥。马斯克补充说,这次损坏“将需要几周时间才能修复”。该火箭是火星飞船Starship的测试版本,SpaceX正在建造这个火箭用于将人类和货物运送到火星。 Starship火箭正在SpaceX位于德克萨斯州布朗斯维尔附近的工厂进行测试。 Starship的测试版本比最终版本短。马斯克表示,测试版本适用于低空“跳跃”飞行(称为垂直起飞或垂直起飞和着陆),不会进入轨道。

美国宇航局(NASA)太空飞行在线论坛的一名成员分享了周二晚上事故的图像,显示火箭的鼻锥上有破裂。

马斯克在随后的推文中跟进说,“实际的火箭主体” - 这个火箭更复杂的部位 - “很好。”

Starship由非常轻的不锈钢制成,而不是碳纤维。马斯克在最近接受“Popular Mechanics”采访时表示,使用不锈钢是因为它既便宜又快,同时也足以承受强烈的温度变化和飞越地球大气层的压力。

马斯克说,“用钢处理起来非常容易”。他补充说,这能加速SpaceX对Starship的进程
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« 回覆文章 #21 於: 2019-01-24 13:04:44 »

https://buzzorange.com/techorange/2019/01/24/starship/

為什麼最後不使用碳纖維,其實是因為成本太高「需要將 60 到 120 層的碳纖材料,利用高強度樹脂黏合在一起。而且做出來的碳纖板還要裁切,大概需要浪費 35% 左右的材料。」,這也將導致碳纖材料每公斤的成本高達近 200 美金,而不鏽鋼每公斤只要 3 美金。

碳纖維的主要優勢是輕,但由於黏合用的樹脂在攝氏 150 度左右的溫度便會開始融化,因此需要額外打造厚重的隔熱機制,讓最後碳纖維火箭與不鏽鋼的總重沒什麼差別。

而不鏽鋼本身的耐熱程度就可達到攝氏 900 度,在返回地球時背風面不需額外保護,迎風面將會做成雙層結構,並在中間留下縫隙,而後,會在縫隙中灌進火箭的燃料甲烷,讓其吸收火箭表面的大量熱能,再從外側鋼板上無數的小孔中排出,基本上,可以想像成火箭在「流汗」,當然涉及的能量大小差太多了。甲烷不會燒起來嗎?

據《Engadget 中文版》的報導指出,不少人的第一個疑問就是:這樣甲烷不會燒起來,讓它更熱嗎?事實上,在這麼高的能量下,倒出去的甲烷差不多會立即被轉變成等離子態,要溫度下降到可以進行化學反應的程度,已經是不知道飛船之後幾公里的事了。再者,穿過大氣的速度是如此之快,傳統燃燒作用發生的速度根本追不上 — 這可以想像成是和風吹蠟燭一樣的意思,只是這裡的風有十數倍音速罷了。

縱然 Starship 本身擁有非常酷的外型,非常有趣的創新,但要在幾個月內完成創新並付諸實現,依然有點讓人擔心。馬斯克近期又宣佈 SpaceX 將裁員 10%,若是熬過了這一關,SpaceX 可以在火箭上與競爭對手再次拉大距離,但目前的狀況險峻,也是顯而易見的。
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« 回覆文章 #22 於: 2019-02-10 20:11:50 »


spaceX 的 Starship 為何選不鏽鋼這有說明 
http://familystar.org.tw/index.php?option=com_smf&Itemid=45&topic=31923.0
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