产业洞察 | 马斯克再创历史！SpaceX载人火箭背后的新材料你了解吗？发表时间：2020-06-09 23:10 北京时间5月31日凌晨3:22，SpaceX的载人龙飞船成功将两位资深宇航员送入太空。这是一次载入史册的时刻，它将永远改变世界对人们送入太空的看法，正式标志商业航天进入可商用时代。 SpaceX的成功离不开优秀人才的集聚、技术的不断创新，以及资本的推动。  01 火星梦将实现？ 新材料让未来真正可期 迄今为止，人类经历230多次太阳系探测，火星被公认为最适宜人类移居的一个星球。2012年，火星移民热空前爆发，一场38美元定居火星的荷兰“商业骗局”，有八万人斥资报名；电影《火星救援》中，马克·沃特尼用火星土壤成功种植土豆，并实现了完美自救；特斯拉、SpaceX CEO埃隆·马斯克更是豪言要建立火星殖民地，未来10年向火星输送100万人。
据了解，此次发射和载人航天任务圆满成功，意味着企业可以向政府及其他希望购买服务的机构或个人出售个人太空旅行等服务。 火星移民一直是世界科学家们的梦幻课题，航天航空事业迅速发展的背后，常常伴随着新材料技术的神助攻。比如石墨烯、碳纳米管、非晶合金、泡沫金属、离子液体、量子点、3D打印材料、仿生材料……等神奇新材料，正在重新定义各行各业，让人类在太空生活成为可能。 商业航天业开启人类太空时代的到来，能给我们什么创新影响？目前可以预见的是，商业航天业至少是几大行业的催化剂。它们包括科技基建、材料科学、AI科技、生物和医药、工业基建等。例如在材料科技上，有没有更多轻便又稳固还能适应太空的各种恶劣环境的新材料、新工业出现？在生物和医药技术方面，人类是否可以实现承受高能辐射、基因损伤可修复呢？ 即使人类没那么快来到太空时代，更好的制造技术、更精密的制备能力、更有效的能源开发和储备和更好的新材料都将大大加强现有的工业基础设施，给人们生活工作带来巨大影响。 02 科技感宇航服中 两款硬核化工材料功不可没 与SpaceX飞船一起走进人们视野的，还有专门为宇航员量身打造的宇航服。
这款宇宙服100%满足载人航天的安全性、功能性、适用性要求。这款与众不同的宇航服源于以下硬核材料。 白色部分材质：聚四氟乙烯 由一种名为聚四氟乙烯的强化玻璃纤维制成，耐火耐高温，抗酸抗碱，还是一种理想的防污不粘涂层，就算泼一盆脏水上去也不会留下污迹。 ● 关于聚四氟乙烯： 俗称“塑料王”，是由四氟乙烯经聚合而成的高分子化合物，具有优良的化学稳定性、耐腐蚀性、密封性、高润滑不粘性、电绝缘性和良好的抗老化耐力。用作工程塑料，可制成聚四氟乙烯管、棒、带、板、薄膜等。一般应用于性能要求较高的耐腐蚀的管道、容器、泵、阀以及制雷达、高频通讯器材、无线电器材等。 ● 关于聚四氟乙烯纤维： 为含氟纤维的一种，我国商品名为氟纶，美国商品名为特氟纶。它是一种高度对称、整体不带极性的高分子化合物，具备良好的耐气候性、电性能和抗辐射性能。其摩擦因数(0.01~0.05)在现有合成纤维中是最小的，在很高的温度和很宽的荷重范围内可保持不变。 聚四氟乙烯常采用乳液纺丝和裂膜纺丝法，其中乳液纺丝的过程如下： 原料→单体合成→四氟乙烯的聚合→分离→洗涤→干燥→乳液纺丝→纤维洗涤→干燥→烧结→拉伸→纤维成品 聚四氟乙烯纤维早在1953年由美国杜邦公司开发，1957年实现工业化生产，80年代初开始生产可溶性聚四氟乙烯纤维，主要是单丝，日本、苏联、奥地利等国也有生产。 黑灰色部分材质：诺梅克斯 由一种名为诺梅克斯的芳族聚酰胺纤维制成，其高弹性、柔韧性极好，可让宇航员行动灵活。 ● 关于诺梅克斯： 为人造纤维，学名为聚间苯二甲酰间苯二胺(国内称芳纶1313)。由于具有优异的耐高温性和阻燃性、良好的尺寸稳定性、较好的机械性能、手感柔软、可纺性好等特性，已成为目前应用最广泛的耐高温纤维之一，可用以制宇航服或消防服等。 目前世界上间位芳纶产品形成商业化生产的公司(按产能排名)有:美国杜邦公司(间位芳纶纤维和纸)、中国烟台氨纶集团有限公司(间位芳纶纤维和纸)、日本帝人公司(仅有间位芳纶纤维)、中国广东彩艳公司(仅有间位芳纶纤维)、中国宇和公司(间位芳纶纤维和纸)。 另外，本次宇航员所佩戴的标志性头盔也非常夺人眼球，是由3D打印定制而成，拥有集成式阀门，致密、抗压性都是超一流水平。看似光亮极简的头盔，暗则还完美隐藏了诸多的复杂功能：关遮光罩、通风降温系统、耳机麦克风通讯系统等。 03 SpaceX星舰大胆使用不锈钢， 与特斯拉研发新型合金材料 SpaceX取得如此大的成功离不开马斯克对人才聚集、技术创新和资本运作的苦心经营，其中对材料制备的精益求进，更加符合工程师的严谨要求。 SpaceX星舰便大胆使用了不锈钢材料。因为多年来，现代航天技术一直依赖于先进的复合材料，最常使用的是铝合金和碳纤维增强聚合物（CFRP），不锈钢因其密度较高而倍受冷落。但马斯克却考虑到太空飞行面临的温差，不锈钢与其他材料相比具有一些优势。但要注意，这是一种特殊的全硬度钢合金，被认为是300系列高强度耐热合金中的一种，而不是厨房和建筑物中所用的的不锈钢。 马斯克是聪明的，在当了多年的“骗子”和“疯子”之后，全世界把“梦想家”的称号给了马斯克。 特斯拉，马斯克手中的又一颗明珠。SpaceX载人首飞成功，也成功带动特斯拉股价上涨，因为两者都是有“马斯克基因”。 事实上，两家公司之间的联结早有迹可循。SpaceX于去年将搅拌摩擦焊设备转让给了特斯拉，SpaceX采用该技术结合大块的金属板，生产出类似于其火箭铝质燃料箱所采用的板材，应用到汽车上。特斯拉与SpaceX始终致力于打造材料工程团队，旨在研发新款先进材料，并将其用到各自的产品中。
图 | electre 特斯拉与SpaceX进行能源项目合作 新款铝合金材料可以作为特斯拉车型需要的铝材。特斯拉与SpaceX还共同采用了空间级超合金，特斯拉将该材料用在了升级版蓄电池组的电池外壳主接触片上，而SpaceX则用该材料制作超级天龙座发动机。 一般来说，商用铸造铝合金可分为两类，一类是高强度的，另一类是高导电性的。 2020年2月11日，特斯拉的一份新专利显示，该公司研发了铝合金，其具有强度高、导电性强的特点，可用于压铸电动汽车零部件。这次特斯拉研发的新型铝合金材料，解决了材料强度与导电性不能两全的难题。 除此之外，特斯拉还从Space X为火箭铝制燃料箱所使用的板材这种高科技制造工艺获得启发，将其技术应用到汽车上。 04 小结 在龙飞船载人进入太空、特斯拉汽车已经行驶在全球各地后，马斯克的第三个疯狂梦想开始提速：他计划用42000颗卫星，打造一个无缝的太空互联网。 其实马斯克的野心是有巨大市场缺口做背景的。根据世界银行发布的数据，截至2019年底，人群密度较低的农村、高原、海洋等偏远区域，全球还有约36亿人口无法接入互联网，再加上海洋、山区的作业和科考，全球实时金融服务等市场需求，卫星互联网能提供“高速率、低延迟”的互联网接入服务，单个卫星覆盖的面积更大，用户数量更多，实现起来要比传统光纤方式更容易，甚至人均费用更低。 今年4月20日，我国发改委首次将卫星互联网纳入我国“新基建”范畴，卫星互联网上升至国家战略高度，融入遥感工程、导航工程，中国商业航天公司面临巨大机遇。 Jacky认为，从以上需求分析可以看出，航天事业处于一大片蓝海中，而各实力大国在航天事业上的比拼还需要扎实的科技工业硬实力。马斯克在汽车和科技公司中投入大量的资金和技术，并且致力于将高科技制造工艺和新材料结合创新研发，这一点值得中国同行学习。 新材料产业作为战略新兴产业，一直也是各国技术竞争的关键点，中国的新材料产业具有非常巨大的前景和潜力。 参考资料 【1】中国化工信息周刊：SpaceX航空服帅出新天际，这两款硬核化工材料功不可没！ 【2】紫金山科技：SpaceX提速星链计划，上万个卫星“磨刀霍霍”互联网  广东材料谷以“建企业之家，筑科技之城”的理念建设4.0园区，打造“孵化器-加速器-企业总部”完整的产业创新生态，满足高成长性企业不同阶段的发展需求。 广东材料谷怀揣“新材料，中国造”的美好愿景，打造产业标杆，助力企业百年。 |
