中國近些年科技水平日新月異，但是在一些高精尖的領域仍然存在一些短板，甚至會被卡脖子。其中材料科學領域，也是苦苦追趕。就拿高效能特種鋼來說，中國就比別國落後很多年。在航天科技的推動下，中國研發出了世界上效能最強的超高強度不銹鋼，將會把中國火箭發動機提高到更高的水平。我是東城觀星，再跟大家聊聊火箭發動機。
中國的航天事業如火如荼，蓬勃發展，跟美國等航天強國比似乎毫不遜色。但是，單從發動機的研發水平來說，中國的火箭發動機還有很大的晉升空間，比如火箭發動機的推重比跟已開發國家比還有不小的差距，其中最大的限制瓶頸之一就是生產發動機的材料。
看起來火箭發動機就是一個結構復雜的金屬殼子，但生產火箭發動機卻是世界上最復雜的事情之一，一款先進的火箭發動機需要十幾種不同的金屬材料，每一種金屬材料的效能都不一樣，套用的場合也不一樣。每一種金屬材料都能讓火箭發動機零部件發揮最佳的效能，以滿足發動機的效能需要。
前面我們已經不止一次說過，火箭發動機是工作環境非常惡劣的，發動機燃燒室裏有3000℃左右的高溫燃燒環境，液化氣體管道裏有零下一百攝氏度以下的低溫環境，發動機內部和很多管道中還要承受非常高的壓強，一不小心就會爆炸，此外發動機工作時，還有很強的震動，我們看火箭發射影片，隔著螢幕都能聽到震耳欲聾的聲音，想想看直接面對這強悍聲音的發動機需要承受如何強烈的震動啊。這樣復雜惡劣的工作環境，對發動機每個部件的生產材料都提出了極高的要求。
正是因為火箭發動機的這種復雜性，不是一般金屬材料能夠承受的，往往使用專門研制的特種金屬材料。比如，生產火箭發動機的常見金屬材料有銅銀合金、鎳合金、鈷合金、鈦合金等等，甚至焊接發動機部件的焊料都可能會用到含金銀等貴金屬的材料。而且這些材料是生產一台發動機的主體材料，由此造成了火箭發動機生產成本居高不下。
隨著冶金技術的不斷提高，一些低成本高效能的金屬材料開始套用到火箭發動機上，讓發動機在保證效能不下降的基礎上，還能降低成本甚至提高綜合效能。其中超高強度不銹鋼就是一種低成本高效能的新型航天材料。中國在航天用不銹鋼領域研發進展迅速，研發出了超高強度不銹鋼，達到世界領先的水平，套用於火箭發動機將給發動機帶來更優的效能，尤其是可重復使用火箭發動機。
中國未來的可重復使用火箭發動機必然會用上國產超高強度不銹鋼，讓發動機既能滿足可重復使用的需求，也能改進發動機效能，提高發動機的性價比。
不銹鋼，我們都不陌生，生活中也很常用。但是有兩個點需要給大家科普一下。第一個點，所謂的不銹鋼並不是永遠不會生銹的，在強腐蝕性環境中，不銹鋼也會生銹，甚至有可能比普通鋼生銹還要快。比如長期在海洋中工作或高溫環境工作的不銹鋼就有可能會生銹。而火箭工作在高溫環境中，還會接觸液氧這樣的強腐蝕性物質，一般不銹鋼是難以承受的。
第二個點，不銹鋼一般不會生銹，看起來幹凈而且結實，但是不銹鋼有一個很大的缺點就是比較脆。直到今天，也沒有不銹鋼制造的槍管或者炮管吧？並不是因為不銹鋼太貴，生產炮管不劃算，而是因為不銹鋼太脆，生產出來的炮管發射幾次就裂開了。這樣的特性，限制了不銹鋼的套用場合。
絕大多數不銹鋼都有這樣的特性，所以不銹鋼在很多高端套用場合不受待見。至少在航天發動機領域就長時間不太受重視。比如，火箭發動機最關鍵的部件燃燒室，是對金屬材料要求最高的。燃燒室內壁材料往往使用導熱性好、高溫下效能穩定、而且高溫下不容易斷裂的銅合金材料。現在套用到發動機燃燒室內部效能最好的材料，是美國研發的銅銀鋯合金以及下一代合金材料銅鉻鈮合金，這是提高發動機壽命的最關鍵材料，畢竟影響發動機壽命的短板之一就是燃燒室內壁，這個內壁是很容易損傷的。
這個內壁材料暫時還不能用不銹鋼替代，但是燃燒室不能全用銅合金來制造，還需要一個結實的外殼材料，以前的最佳外殼材料是鎳合金。世界上最著名的很多發動機燃燒室外殼材料都是鎳合金的。但是，這個外殼材料也可以被高效能不銹鋼來替代，當然必須是專門研發的超高強度不銹鋼。這種新型的不銹鋼，不僅強度很高，非常結實，而且韌性很強，不容易斷裂破碎，同時耐腐蝕性和耐高溫效能都不錯。
所謂超高強度不銹鋼，是指結構強度超過1200MPa的不銹鋼，中國透過多年攻關，已經研發出了1900MPa的不銹鋼和世界上強度最高的2200MPa不銹鋼。這些超高強度不銹鋼將來一定能在火箭發動機上發揮越來越重要的作用。尤其是即將到來的可重復使用火箭時代，使用超高強度不銹鋼生產的火箭發動機，結合3D打印技術，不僅成本更低、生產效率更高，而且可以讓發動機重量更輕、壽命更長，最終打造出最高水平的火箭發動機。
新材料的研發，往往是長時間積澱的結果，需要大量科研人員潛心研發，一絲不茍，容不得急功近利的心態，合金成分往往差之毫厘謬以千裏。希望將來越來越多的優秀學子能投身先進材料研發，推動科技水平的不斷進步。
我是東城觀星，關註我，定期給大家講點高科技的知識。
