导语

北京时间3月3日，太空探索技术公司（SpaceX）的“载人龙飞船”（Crew Dragon）以无人飞行模式成功与国际空间站对接。这也意味着世界第一艘商业载人飞船的首次发射，取得了阶段性的成功。此次发射具有极为重要的意义，可谓真正拉开了商业载人航天的序幕。”

与单纯由国家投资的科研项目相比，商业航天无疑是一片崭新的领域。它少了很多制度的约束，也多了一些市场的考量。以火箭外壳材料为例，复合材料无疑是当下的热门，然而SpaceX引起各方关注的大猎鹰火箭（BFR）使用的却是不锈钢。除此之外，小推力大推重比多台并联的发动机组合也成为了一种选择，可以说这是商业航天独有的新思路。

无商业，不航天

美国时间3月2日凌晨2：49分（北京时间2日15：49分），美国太空探索技术公司（SpaceX）的“载人龙”（Crew Dragon）飞船，在该公司的“猎鹰9号”（Falcon 9）运载火箭的护送下，满载着美国航天人的期待和梦想，从位于佛罗里达州的肯尼迪航天中心39A号发射台起飞。

按照任务计划，飞船对接完成后，如果一切顺利，不到一周后，它将离开“国际空间站”，再次进入地球大气层，并降落在佛罗里达州附近的大西洋上。

NASA人类探索与行动部门负责人威廉·格斯登美尔也称，这次试飞“绝对是关键的一第一步”，最终目标是实现载人飞行。据悉，“载人龙”飞船的载人飞行测试将于今年7月进行。如果载人飞行取得成功，那么，有望开启美国商业载人航天的新时代。

商业航天究竟是什么？怎么样才能让商业航天走得远，众说纷纭。人类早在20世纪60年代就实现了载人航天甚至登陆月球，然而随着苏联的解体，冷战的结束，众多当年叱咤风云的火箭和宇宙飞船被遗忘在了厂房，美国一度需要借用俄罗斯的宇宙飞船来进行国际空间站的人员和物资运输。

资本主义经济哲学引领着人类探索太空的权力哲学。是的，为了人类探索太空的征程能够可持续发展，我们必须激发出自由市场的力量，这就需要商业航天。

目前，在不同的语境下，商业航天已经有了许多合适的定义。定义问题的关键在于划清政府项目和私营项目的界限，而许多的航天项目则同时包括了这两点。最纯粹的商业航天活动完全在私营公司内部进行，私营公司利用私人资本进行这项伟大的开拓。另一方面，是纯粹的公共项目，政府部门使用纳税人资金进行太空探索项目。而目前大量存在的商业航天项目，则是混合模式，资金同时来自政府和私人资本，执行政府任务和商业探索。

2014年，NASA与SpaceX和波音共同签订了高达68亿美元的合同，由这两家公司将美国宇航员送往国际空间站。该机构选择这两家公司来完成此次公私合作，就是为了能够获得安全、可靠、省钱的航天飞行方式。这次“载人龙飞船”的发射，就是该项目的组成部分。

前往火星的火箭：箭体居然用的是不锈钢

现任SpaceX公司CEO兼CTO的马斯克在一月份的推特上说，以前被称为BFR的火箭将由不锈钢而不是碳纤维制造。这在整个航天领域引发了一场规模不小的"地震"，因为这是自20世纪50年代末阿特拉斯计划中一些命运多舛的尝试以来，不锈钢材料首次用于航天器的制造。

（“大猎鹰火箭”（BFR）是太空探索技术公司在研发中的最新型火箭，是SpaceX实现在火星上建立永久居住地、自给自足愿景的重要一环。SpaceX计划在2022年将货物运送至火星，在2024年将人类送上火星。2018年9月13日，美国太空探索技术公司宣布，将使用“大猎鹰火箭”把一名私人游客送往太空并绕月飞行。）

不锈钢等钢材料目前已经极少在航天领域崭露头角：钛合金、铝镁合金、铝锂合金等既耐热耐压，又轻便牢靠的新型金属材料先后从里到外完成了火箭和飞船等航天运载工具的"材料学革命"，把曾经"一统天下"的钢材料打进了冷宫。

当然，SpaceX公司本身在材料和焊接领域上造诣相当深厚，说它因技术落后而采用不锈钢，恐怕没有人相信。目前成熟的"猎鹰九号"火箭上，就应用了诸如2195铝锂合金和钛合金栅格舵在内的高新材料，这使得其在商业航天领域领跑。。

而原本BFR火箭和其二级火箭兼飞船部分“星舰”（starship），也打算用类似的轻质合金与复合纤维隔热材料的组合打造，后者拥有在表面温度达到1700℃时依旧保持结构稳定的特性。而很显然，在如此之大的舱段上，碳基复合材料并不是万能的——根据SpaceX公司先前的计算和分析结果，BFR火箭的starship上面级必须要使用多种性能规格皆不同的碳基复合材料，才能把合金箭体的温度控制在合理的标准。处理多种复合材料将使得BFR火箭达到制造变得无比繁琐，也完全不符合SpaceX将运载火箭变成民航客机一样"白菜化"的交通工具的初衷。

马斯克本人接受采访时表示：“星舰和“超重型”火箭助推器的设计改为用特殊的不锈钢合金。我对此考虑了很久。这种做法有点违反常理，我费了很大劲才说服团队朝着这个方向努力。但现在我相信他们对此深信不疑，是的，他们被说服了。我们曾经寻找一种先进的碳纤维结构，但进展非常缓慢。碳纤维成本为每公斤135美元，并且有大约35％的报废率——比如你切割纤维，其中一些就无法使用，所以实际成本接近每公斤200美元，而不锈钢则只有3美元。”

“对于不锈钢来说，违反常理的一点是，虽然很明显它便宜、进度也快很多，但印象中它不是最轻的。可是事实上它却是最轻的。如果你看一下高质量不锈钢的特性，不易发现的一点是，在低温下其强度会提高50％。

大多数钢在低温条件下会变得非常脆。你肯定也见过在碳钢上喷液氮的戏法——喷些液氮，然后用锤子打碳钢，它会像玻璃一样破碎。大多数钢都是如此，但对于铬镍含量高的不锈钢却并非如此。铬镍会增加了不锈钢的强度，并提高其延展性。所以，即使在零下330华氏度，这种不锈钢会有12％到18％的延展性，非常有韧性，非常坚固，没有碎裂问题。”

“根据金属类型的不同，某些金属具有比其他金属更好的断裂韧性，而断裂韧性可随温度而变化。从技术上来看，韧性是指应力-应变曲线下的区域。因此，当你对某个物体施加压力时，这个物体会有多大的应变，或者说物体会有多大的变形？这是一个重要的效益。

不锈钢是早期阿特拉斯计划中使用的材料。早期的阿特拉斯是一个钢制球罐。阿特拉斯计划的缺陷在于这种材料太薄，以至于它会在自身重量作用下坍塌。这是一个无法经久耐用的钢制气球，它会像一个充气城堡一样坍塌，甚至无法携带一个很小的有效载荷。早期的阿特拉斯有多个案例是真的在发射垫上坍塌造成的灾难。

不过，当你把它看做是可循环利用的飞行器时，我认为有一个很重要的技巧。看，这是钢的另一个优点：它具有高熔点，比铝高得多。虽然碳纤维不会熔化，但树脂在一定温度下会被破坏。所以通常铝或碳纤维的材料需要一个稳定的工作温度，大约被限制在150℃左右。这个温度并不高，在这个温度以内只能进行一些短途旅行，或许可以超过一下限度，到177℃，再努力一下到约204℃。但是204℃的话，就真的到达极限了。材料会变弱，有些碳纤维虽然可以承受204℃，但是强度方面就会缩水。但钢铁可以达到816～871℃。”

马斯克的回答，充分说明了对材料的使用，并不是越新，越独特，某项特性越强越好

而是对已有材料充分认知的前提下，充分地选择，保证更加高效而广泛地利用。

猎鹰9号，开启回收的序幕

此次载人飞船的发射，由猎鹰9号承担运载任务。作为SpaceX公司研制的可回收式中型运载火箭 ，到去年十月，已经累积12次完成火箭一级助推器的回收。

我们发现，与BFR比，猎鹰9号在材料选择上就“奢侈”得多，它的顶端和外层采用航天常用的超强度铝锂合金材料，并在后盖上面盖了特制的挡热板。实际上，这样的选择是有深意的。

“猎鹰9号”在重入地球大气层时，这样的保护措施可以使第一级和第二级免遭损坏，便于回收再利用。

Space X的伟大之处在于，作为一家民营企业，以 1 亿美元的超低成本实现现役最强的火箭运载能力。

Space X 以低廉的价格和稳定的性能，在全球商用火箭发射市场上已经逐渐超越欧洲和俄罗斯，占据最大市场份额，而这一差距还在不断拉大。