【专业讲堂】解读是何原因让SpaceX放弃了碳纤维？

早在几年前，SpaceX的创始人埃隆·马斯克（Elon Musk）为他飞往火星的星际飞船揭开了全碳纤维火箭体的面纱。然后，马斯克似乎毫无预兆地停止了这个项目。他报废了碳纤维火箭体，关闭了洛杉矶港的制造设施，并放弃了打算用于全面生产设施的土地租赁。

取消碳纤维的计划让那些追随马斯克和他的太空探索的人感到震惊，因为他们多年来一直听说碳纤维是使火星殖民化成为可能的关键。至少可以说，当得知马斯克放弃碳纤维而改用不锈钢是件令人费解的事。现在我们终于知道SpaceX为什么放弃碳纤维。

庞大的交通工程

当SpaceX首次开始设计其Starship（以前的BFR）火箭时，碳纤维是首选材料。原因很简单：碳纤维具有令人印象深刻的高比强度，从而使其在运载超乎想象体积货物的大型宇宙飞船上优于钢和铝。

要知道，一次火星之旅往往需要数年的时间。第一批殖民者将无法依赖与国际空间站类似的定期补给。他们必须带上他们所需要的一切。马斯克认为不锈钢建造如此大型的船是不切实际的，而碳纤维可以让他有随心所欲的想法。但经过几年的研究、建造和测试，最终得出结论，碳纤维并不是发展的方向。

两大难题

碳纤维面临的首要问题是其耐温性。虽然碳纤维在地球上的极端温度下表现得非常好，但在重返大气层的过程中，它却表现不佳，因为它承受不起高温。为了使碳纤维在可重复使用的火箭上发挥作用，必须对整个机体进行隔热。这当然是可行的，但这增加了成本，也增加了重量。而不锈钢火箭体只需在迎风面上隔热，而其余部分则会没事。为什么？因为不锈钢更耐温度。

另一个问题是成本。SpaceX决定使用碳纤维作为火箭的主要车身材料，每吨将花费超过13万美元，与会相比每吨不锈钢的价格仅为2500美元。不需要数学家就能知道，在碳纤维上花费50倍的成本，会给星际飞船项目带来相当大的压力。

任重而道远

马斯克和SpaceX目前正在试图重建洛杉矶港的生产设施。有传言称，他们希望从该地点开始制造不锈钢火箭弹和其他零件，然后再将它们运送到美国各地。然而，最终，一艘可行的火星宇宙飞船仍有很长的路要走。

无人知道SpaceX从现在到它准备发射第一个原型的那一天将会学到什么？届时，碳纤维材料的成本很可能已经大幅下降。也许制造技术的改进会使碳纤维成为耐热钢。当人也没人知道，SpaceX最终是否可能会废弃不锈钢，重新使用碳纤维？

（参考rock west composites）

尾注：本公众号为国家工程实验室、省级工程实验室等平台支持微信号，欢迎大家关注并分享。