美国私企用301不锈钢造飞船登火星！马斯克这么做只为省钱？

　　2018年底，美国太空探索公司SpaceX的老板埃隆·马斯克向世人展示了一艘人类历史上最大的宇宙飞船，他给这艘飞船起了个极科幻的名字＂星舰＂Starship。在马斯克展示的PPT中，星舰通体黝黑，如同《星球大战》里的黑武士一样在火星上空飞行。因为，SpaceX打算用最先进的材料碳纤维来打造这艘未来飞船。
　　碳纤维星舰效果图
　　仅仅过去了两个月，2019年1月初，马斯克又向媒体展示一张新图片，在这张新图片里，18层楼高的星舰变成了银白色。马斯克称这＂看起来像液态银＂，因为SpaceX决定用不锈钢来打造星舰飞船。当然，飞船需要经过大量测试，一开始就采用昂贵的碳纤维来制造外壳显然有点浪费——马斯克迷们这样想。
　　看起来像液态银的星舰
　　然而接下来的星舰原型机测试却让马迷们的脸有点疼，媒体纷纷提出质疑：老马你不是来搞笑的吧！
　　星舰测试段看起来就是＂液态银＂飞船的下半部分，也确实是由不锈钢制造，但这个名为＂Starhopper＂的大铁桶表面坑坑洼洼，很显然焊接工艺相当不过关。
　　Starhopper的工艺真是没得说
　　外表其实不重要，因为SpaceX公司的目的是用它来测试发动机和飞行控制系统，只要它能离开地面，不炸，就成了。
　　2019年7月26日，这个9米粗的不锈钢圆桶飞到了20米高度，22秒后稳稳落回地面。马斯克在社交媒体上兴奋地宣布：＂Starhopper飞行成功，水塔可以飞哈哈！！＂
　　飞起来的＂水塔＂
　　Starhopper能飞，这对于SpaceX来说并不是难事，因为＂猎鹰9号＂火箭的看家本领就是空中悬停、水平移位，类似的技术对于今天大多数航天强国都不算高精尖了。
　　随着时间推移，SpaceX星舰的外形越来越向最初PPT草图靠近，虽然外壳依然是不锈钢薄板，焊接工艺却好了许多。2021年末，马斯克正式宣布，将来飞去火星的星舰飞船将只采用不锈钢，彻底抛弃碳纤维的设想！
　　不锈钢星舰
　　为什么会这样？难道马斯克为了省钱甚至不惜拿火星移民的性命冒险吗？
　　的确，在创立SpaceX的第一天起，马斯克就把＂省钱＂二字玩到了极致，因为SpaceX的目标就是＂降低太空运输成本＂，用最少的钱干最大的事。为了省钱，这家航天公司一反所有航天机构高大上的形象，他们在荒地上搭建大篷，雇佣普通焊工，找最便宜的原材料，在到处都是泥土和灰尘的地面建造火箭。如果不跟你说那是全球名气最大的航天企业，你一定会以为是某个乡镇企业争取到了一笔马口铁蒸笼的大单。
　　SpaceX的星舰工厂
　　有看官说了，甭管人家环境怎么样，活儿好，做出来的东西精致就行。
　　话不多说，咱还是再上一张图吧，这是SpaceX刚做好的星舰，已经矗立在发射塔架上准备测试了，大伙儿瞧瞧工艺如何：
　　星舰细节感人
　　也难怪NASA对马斯克用不锈钢造火箭多有抱怨： 你这么玩，不是砸我牌子么？
　　但不锈钢便宜，这是谁都不能否认的事实。马斯克算过一笔账：用碳纤维造火箭，每公斤的成本超过135美元，同时碳纤维材料有35%的损耗，总的算起来每公斤需要200美元；同样用301不锈钢薄板只需要3美元！碳纤维制造工艺复杂，专业技术人员每小时工资要250美元，而焊接不锈钢板的普通焊工每小时工资不到50美元。
　　这么一算下来，如果用碳纤维造一个100吨重的飞船外壳要几千万美元，而用不锈钢薄板几十万就搞定了。
　　碳纤维燃料储箱在制造中
　　马斯克弃用碳纤维不只因为它贵，而是它确实不适合星舰的任务要求。
　　碳纤维材料的优点是轻、强度高，随着价格越来越便宜，不仅主流民航飞机大量采用碳纤维，连家用轿车和自行车等也越来越多地用它来作为结构部件和壳体。
　　但碳纤维的强度是有方向性的，在某些方向上它能承受很大压力，而在另一个维度上却又表现得很脆弱，如果将它制成直径达12米的火箭外壳，依然需要设置额外的增强结构，这又使总重量增加，碳纤维轻薄的优点便不复存在。
　　如果壳体很脆弱
　　碳纤维不可焊接，如果要用它制造星舰壳体，你需要一个直径12米、长度超过50米的巨大卷轴来缠绕纤维丝，然后再用一台更大的设备来抽真空、烘烤几小时甚至几天才成固化。这对于一心想省钱的马斯克来说是不可想象的。相比之下，用3毫米厚的不锈钢板焊接几乎不需要什么设备和投资，露天都可以干，速度快多了。
　　批量生产的星舰头锥
　　不锈钢在高低温状态下的性能要优于碳纤维。301不锈钢隔热性能好，适合在8.5个大气压下存储超低温的液态氧；同时它还能承受火箭进入大气层时摩擦产生的高温，只是在温度超过815 时才失去强度，所以需要在与空气摩擦最剧烈的位置铺上隔热陶瓷。
　　碳纤维导热性能好，用它来装液氧需要双层壳来隔热，这意味着额外增加重量；虽然它也能耐高低温，但在重返大气层时，发动机喷出的火焰会持续炙烤飞船外壳，飞船里边还有液态氧，这会使整个飞船或火箭变成熊熊燃烧的火球。
　　猎鹰火箭降落时的火焰
　　讲了这么多，你应该明白了，马斯克并非仅仅是抠门才使用301不锈钢来制作星舰飞船，而是不锈钢确实有许多优点：它在同样重量下强度更高，能适应极端高低温环境，加工和维护的成本低，制造速度快，甚至不需要刷油漆......最最重要的，它确实太便宜。
　　相比之下，碳纤维过于高大上，它的材料成本是不锈钢的70倍，加工工艺复杂昂贵，精度要求苛刻，实际上如果要做到星舰任务所需要的强度，碳纤维的重量优势并不明显，更麻烦的是这东西在高氧环境下太容易烧了，搞不好就出人命。
　　所以SpaceX决定弃用碳纤维是有道理的，只是不知道2024年他们的不锈钢星舰是不是真可以飞去月球再安全飞回来？
　　#马斯克星舰计划#