SpaceX星舰

相信很多小伙伴已经对这枚巨无霸并不陌生，不说十分了解也可以说略有耳闻。这枚星舰的问世是马斯克为了完成自己火星移民梦想而打造的一枚运载火箭兼载人飞船。现在让我们来简单认识一下：

结构：星舰为二级结构总高度120米，直径为9米的运载火箭；

推力：一级火箭（大猎鹰）搭载33台猛禽2代发动机，总推力7590吨；

二级星舰搭载3台猛禽2代发动机和3台猛禽真空版。

运力：在不回收的情况下近地轨道运力可达到300吨，全回收的情况下可达到150吨。在轨道加油后每艘星舰可以向火星运输100吨物资。

目前仍然有不少小伙伴对星舰提出了质疑，主要是这3点问题：

1，星舰整体一共有39发动机，2级有6台，一级竟然达到33台。而未来10米直径的星舰甚至搭载更多台发动机。

2，打造星舰的材料，竟然是不锈钢。这么多优异的航天材料，为什么选择不锈钢？

3，为什么选择火星？

基于这几个问题，馆长先谈谈自己的看法，我们从星舰本身开始。

猛禽发动机

不少人认为SpaceX并没有能力打造大推力发动机，所以才会采用多台发动机去并联。但要知道，猛禽二代的推力已经达到了230吨，未来性能版将达到250吨，这个推力放眼望去，并没有谁敢说推力小，而且是全流量发动机。还可以实现30%-110%的推力调节。

230吨的推力，直观一点的举例。比如说长征五号，长5的助推火箭发动机为液氧煤油为燃料的YF-100，单发推力为120吨，而芯级主发动机为液氧液氢为燃料的YF-77，推力是50吨。那也就是说底部搭载着10台发动机的长征五号，换上猛禽二代只需要5台。所以，猛禽发动机的推力并不小。

再来说个推力面积比。什么是推力面积比？再简单举例，长5的助推火箭发动机为液氧煤油为燃料的YF-100，单发推力为120吨。而YF-100的喷管直径是1.33米，猛禽二代的喷管直径是1.3米，看起来差不多但推力相差了110吨。

再举个例子继续举例，相信大家对俄罗斯提供给美国搭载在ULA宇宙神5的发动机，RD-180都不陌生。它是单发发动机双喷口，可以提供383吨的推力，但是它的双喷口加起来直径达到了3米，简单来说，装下一台RD-180的的面积可以装上两台猛禽发动机，推力可达460吨，这就是猛禽发动机超高的推力面积。

多发并联的优势

马斯克近日在对星舰首飞发表言论时表示，33台发动机。每一台发动机都像是一颗炸弹，一旦出发动机爆炸，后果不堪设想。但他也表示，如果是故障停车没有波及其他发动机，多发并联反而体现出了它的优势，那就是动力冗余。

动力冗余是比较好理解的，也就是说，在发射阶段，即使是有几台发动机发生故障，都不会影响整体的发射，在发射阶段当部分发动机出现故障并且没有妨碍其余发动机正常操作的话，舰载控制系统会对故障发动机进行紧急关机、故障隔离，从而确保任务顺利完成。这是基于SpaceX强大的系统数控而在N-1那个年代并没有这么完善和先进的智能。

不锈钢——真的很好用

馆长在这里问大家一个问题，当提到不锈钢造火箭时，你们第一个想法是什么？

廉价？不靠谱？还是不可理喻？

其实有这个观点并没有错，相比于其他一些听起来就很高大上的材料，不锈钢在我们的生活中随处可见，导致在我们的刻板印象中不锈钢是非常廉价的材料，甚至觉得不锈钢不可靠！甚至是旧手机换不锈钢盆。

但今天馆长要跟大家科普这个知识点，不锈钢是很好的航空航天材料！

适用于航空航天的材料，必须符合这两点。一个是轻，一个是强度。

而不锈钢很显然不符合轻这个条件。但是，星舰不同于其他发射完一次就扔的运载火箭，星舰一二级都是要会要回收的，而且星舰动力冗余度高。那么除了以上两点，星舰还有两种特性，就是耐高温和耐低温。

先说不锈钢死重，星舰在使用全不锈钢的情况下，起飞重量也才6000多吨，而起飞推力已经达到了7590吨。所以，大力砖飞并不是开玩笑的。

耐低温

星舰未来执行月球和火星计划时，是需要长时间在太空飞行的，而不锈钢的耐低温就在这里体现，传统的复合材料或者合金材料，在低温环境中会变脆。

如果用液氮冷却一些常规的航天材料，例如碳钢部件，然后用榔头轻轻敲打它，就会像玻璃一样碎掉。那大多数的钢材料都是这样，但不锈钢则不然，不锈钢的铬镍含量高的。

这种金属即使在-160°C 的温度下也能保持优异的延展性和强度。断裂韧性不会出现问题，断裂韧性是一个重要的属性，如果产品有一个小裂纹，材料是否能够阻止裂纹或是裂纹扩展。如果发生多个振动应力的重复循环，那么即使材料中的小缺陷也不会扩散，这一点很重要。在满足了低温要求后，还需要耐高温。

由于星舰无论是一级还是二级都是需要再入大气层的，虽然对于一级而言并不会产生很高的温度。但是二级则需要从轨道再入大气层，将要面对大气层后，与空气摩擦可达到1600多摄氏度。所以，必须采取防热技术，有效阻隔热量向舱内扩散，才能确保航天员的生命安全。而星舰采用的304L不锈钢熔点在1398-1454摄氏度。这种材料比目前任何主流的航天材料都要耐高温。

所以，星舰不需要像航天飞机那样，不但腹部贴了1万多块隔热瓦，在机身上部也裹满了耐高温的材料。星舰只需要在腹部贴上隔热瓦即可，这也是抵消掉了这部分的重量差。

马斯克：其实，一开始我们也没想这么多，就是我们只用的起不锈钢。

在星舰PPT方案更换到大概第3个版本的时候，马斯克算了一笔账：

如果星舰采用碳纤维去打造，碳纤维那时候材料每公斤的成本超过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；如果换成同样重量的301不锈钢薄板，那只需要3美元！

而且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。要知道，传统的航天复合材料价格是不便宜的，马斯克曾说，SLS发射系统花费的费用，够星舰炸100次。可想而知，星舰的造价有多便宜。

星舰一旦成功会有什么影响？

火箭是航天工程的基础，没有运载火箭就没法谈航天。所以，SpaceX的诞生以来，以火箭回收带来的低成本，将航天发射的价格打了下去。几乎包揽了国际上的商业发射订单，而星舰如果成功服役，势必带来新一轮的航天发射价格战。

为什么是火星？

如果从马斯克的角度而言，这是他儿时的梦想。

从现实的角度出发，则是比较现实的。这句话看起来感觉说了，又好像没说？非也。成为跨星系物种，火星恰好是比较现实的第一站。

虽然，NASA这么多年来一直在寻找类地行星，也发现了不少可能适合人类生存的星球。但是，在目前已知的将近4000颗类地行星中，只有400多颗重力低于地球3.5倍。

什么意思？一说到移民外星球需要具备什么因素，相信很多人第一个蹦出来的是什么？水！对吧，水乃生命之源。然后呢，还会想到环境、磁场、大气。今天来说一个大家比较容易忽略的因素——引力！

如果一个星球的引力太大，我们人类的血液可能会堆积在腿部，无法回流，甚至是骨骼断裂。想象一下，去到一个星球，原本140斤的你变成了420斤，那时候是什么感觉？所以，普通人很难在已发现的一些超级地球上生存，就像最像地球的超级地球——开普勒62F，它的体积比地球大了40%，毫无疑问它的重力也是远远大于地球的，普通人上去也只有趴在地上一动不动的份。