2024年12月15日,長征五號遙六號運載火箭成功將遙感-41衛星送入預定軌道。 這是長征五號運載火箭時隔三年的首次發射。 長征五號是中國最大的火箭,綽號“胖五”,雖然很大,但實際上只有3公釐左右厚,鋁殼。 有人說,長征五號是塗上幾百公斤的白色油漆,所以外殼顯得特別白。 有人對此提出質疑:為什麼不像馬斯克的星際飛船火箭那樣直接使用金屬外殼,而是在塗成白色的同時嘗試減輕火箭的重量呢?胖子五的外觀是多種多樣的。
長征五號是近年來中國最活躍的火箭之一,參與過“嫦娥五號探月”、“中國空間站”等多項專案,大家應該都不陌生。 但是,您是否注意到長征五號在不同專案中的“外觀”?例如,剛剛發射衛星的長征五號遙六號運載火箭帶有“中國航天”標誌,而此前用於發射空間站的長征五號乙運載火箭則帶有“中國載人航天”標誌。 顯然,長征五號的外殼標誌會根據“乘客”的不同而變化,其整體結構也可能有所不同。
以長征五號乙運載火箭為例,主要用於空間站建設,是我國低軌運載能力最強的火箭,重近900噸。 2024年10月31日,長征五號乙運載火箭成功發射了世界上最大的在軌太空飛行器問天實驗艙,起飛重量為23噸。 在這個過程中,長征五號B必須將巨大的飛船送入距地球400公里的近地軌道,這對火箭的運載能力提出了更高的要求,而提高運載能力的關鍵是攜帶更多的燃料,提高燃料利用率。
在設計時,研究人員必須盡可能減輕每個零件的重量,因此他們選擇使用厚度約為3公釐的鋁合金作為整流罩的原材料,厚度僅為03 公釐。 儘管研究人員努力減輕單個結構的重量,但長征五號仍然被白色油漆覆蓋。 有網友質疑,馬斯克領導的SpaceX的星際飛船火箭外殼為何被漆成白色?只是為了好看嗎?難道數百磅的油漆只是為了美觀嗎?事實上,這並不純粹是審美。 畢竟,火箭的製造成本非常高,每個細節都經過深思熟慮。
一般來說,長征系列火箭大多在天津製造,但在海南文昌發射場發射。 為什麼會這樣?原因是海南地處低緯度,離赤道更近,這使得它能夠最大限度地利用地球自轉產生的離心力,從而減少火箭發射所需的能量。 然而,這也意味著長征五號運載火箭在製造後將需要穿越中國大部分地區到達海南。 這個過程無疑會使火箭暴露在各種環境變化中。 海南日照強烈、濕度高、降雨頻繁、雷擊頻繁,對火箭的腐蝕構成巨大威脅。
因此,長征五號B需要一種特殊的白色新型防護塗層來應對這些挑戰。 為什麼是白色的?這與長征五號B本身的建造有關。 長征五號B運載火箭的綽號是“冰箭”,因為它重達900噸,其中高達90%是低溫液氫和液氧燃料。 這使它幾乎成為一支超冷的“冰箭”。 由於液氫和液氧燃料燃燒後產生的主要物質幾乎只有無毒無汙染的水,因此被認為是一種很有前途的清潔燃料。 然而,這種極低的溫度也帶來了一系列問題。
液氫和液氧的溫度分別為-183和-253,這在自然環境中幾乎是無法達到的。 讓陽光直射到火箭表面會導致溫度逐漸公升高,給油箱帶來更大的壓力,甚至可能觸發**。 因此,必須考慮隔熱問題。 而保溫層的加入會占用火箭的空間,從而影響火箭的推力。 因此,研究人員選擇使用白色塗層來最大限度地反射太陽光並實現隔熱。 長征五號B運載火箭的白色塗層可以反射90%以上的太陽光線,這有助於防止火箭過熱,從而影響效能。
然而,馬斯克的“星際飛船”為什麼不使用白色塗層呢?事實上,“星際飛船”的外層不是油漆,而是不鏽鋼製成的。 這種不鏽鋼不是通常意義上的不鏽鋼,而是一種叫做SX500系列的鎳基合金。 這種不鏽鋼雖然只能反射70%以上的太陽光線,具有隔熱效果,但其對太陽光的反射效能不如“胖五”的白色塗層。 馬斯克選擇不鏽鋼的主要原因是它的高品質和低價格。 這種不鏽鋼的成本約為每公斤4美元,非常便宜。
此外,不鏽鋼的效能也相當不錯,在高低溫環境下都能保持其強度。 因此,只用一層相對較薄的絕緣瓦覆蓋面向風的一側就足夠了。 “星際飛船”之所以選擇廉價的不鏽鋼,是因為它注重節約成本。 雖然從陽光反射的角度來看,“胖五”的白色塗層顯然更有優勢,但對於馬斯克來說,“星際飛船”的設計理念是追求效率和經濟性。 目前,星際飛船是備受關注的火箭,它最初被設定為可重複使用的火箭。
隨著航空技術的發展,越來越多的國家掌握了衛星發射等技術,但這需要巨大的開支。 因此,火箭的再利用成為降低成本的關鍵途徑之一。 特別是隨著人類對太空的探索不斷擴大,甚至計畫前往月球、火星等天體建立基地和定居,這將需要更多的火箭。 因此,中美等國家開始研究火箭的再利用。 在這方面,以埃隆·馬斯克(Elon Musk)為首的SpaceX發展迅速,並開始嘗試使星際飛船可重複使用。 與此同時,馬斯克也在努力減少“星際飛船”的**。
他預計,星際飛船在量產後的成本僅為2億美元,而目前“猛禽發動機”的成本為25萬美元。 因此,馬斯克必須在保持效能的同時,盡可能減少每個元件的**。 除了成本考慮外,測試成本也是影響星際飛船設計的因素之一。 目前,星際飛船仍處於測試階段,前兩次入軌測試均以失敗告終。 美國中部時間2024年11月18日,最新的星際飛船軌道測試如期進行。 原計畫飛行約9小時,但最終結果出乎意料**。
這已經不是“星艦”第一次在各種測試中遇到**了,無論馬斯克的財力有多雄厚,他都不能忽視“星艦”的屢屢失敗。 因此,他只能不斷嘗試尋找失敗的原因,努力降低“星艦”的成本。 不過,無論如何,這次“星艦”號採用的不鏽鋼船體,都是一次創新的嘗試,這個過程還是值得習深思和學習的。