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