慧正資訊报道，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。

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

根據戰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年前後，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鏽鋼，並拒絕塗裝，在保證性能的同時，顯著的降低了成本和複雜性，其表現卓越且可回收再應用的熱防護系統，則更是將材料的高性能和循環使用發揮的淋漓盡致。

拒絕塗裝的廉價不鏽鋼

星艦的結構采用高強度不鏽鋼合金，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複雜，進展緩慢。碳纖維的成本約爲每公斤135美元，且有35%的報廢率，實際成本接近每公斤200美元，而不鏽鋼的成本僅爲每公斤3美元。星艦目前主要使用3.6毫米304L不鏽鋼，取代早期的4毫米304L，直接減輕了箭體1/10的重量。這種不鏽鋼由芬蘭的Outokumpu公司生産，位列全球不鏽鋼行業前十。

不鏽鋼作爲鐵基合金，含有至少10.5%的鉻，鉻元素與鐵中的碳反應，形成一層自我修複的氧化鉻膜，從而提供優異的耐腐蝕性。除了鉻之外，不鏽鋼還可能含有鎳、钼和钛等元素，以提高其耐蝕性、強度和韌性。

與碳複合材料相比，不鏽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是一種適用于2900°F（約1593℃）以上的可重複使用熱防護系統，單次使用溫度可達3600°F（約1982℃）。這一材料最初爲NASA的X-37項目開發，後用于空軍的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量級，且生産速度更快。NASA的公開材料顯示，TUFROC由RCG玻璃塗層、ROCCI帽和二氧化矽絕緣層組成，RCG玻璃塗層主要通過熱反射抵禦3000°F（約1649℃）的高溫，而ROCCI帽則由碳纖維和碳氧化矽基體構成，經過處理後可有效控制熱膨脹。

这一技术曾获得美国年度发明奖，星舰不仅使用了与X-37B相同的産品，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。

總體而言，星艦在材料應用上的創新將深遠影響未來的航天技術和商業市場。其高強度合金和先進複合材料的使用，不僅推動了航天器設計和制造的技術進步，還提升了可重複使用性，降低了整體發射成本。這一模式爲其他航天器的可重複使用發展提供了寶貴的範例，支持人類深入太空探索，促進了商業航天市場的競爭與創新。此外，星艦所采用的新材料和焊接技術將激發材料科學的研究，推動新型材料的發明與應用，並強調了環境可持續性，從而引導航天工業朝向更環保的方向發展。這些變化將爲人類未來的宇宙探索奠定堅實基礎。