马斯克：像造可乐罐一样造星舰

2001年10月，霍金在接受《每日电讯报》（The Daily Telegraph）采访时曾说过：“我认为人类物种无法挺过接下来一千年——除非我们向太空扩张。”（“I don't think the human race will survive the next thousand years, unless we spread into space.”）

2002年，马斯克的大学室友阿迪奥·雷西（Adeo Ressi）在问他卖掉PayPal之后打算做什么时，马斯克就是这么想的：“我们要把人送到火星上去，这还是不言而喻的。突然间，我开始纳闷，为什么这事还没发生呢？！”后来他打开了美国航空航天局（NASA）的网站，想着去看看我们在这一事业上的具体安排到底是什么样的。

但上面什么也没有。

没有计划，没有时间表，什么都没有。NASA已经没有这方面的预算了。一开始，马斯克希望通过一个名为“火星绿洲”（ Mars Oasis）的慈善任务，在火星种下一棵绿色植物，用第一个已知火星生命和红色背景的强烈视觉冲击作为噱头，引发公众的关注，唤醒世界对太空旅行的兴奋，进而增加NASA的预算。

为了实现这一目标，他需要一枚火箭。为了以更便宜的价格买到火箭，马斯克奔赴俄罗斯，希望以2000万美元的价格买下三枚翻新的洲际弹道导弹。但谈价的结果不尽人意，马斯克决定自己来。

而后就有了SpaceX，有了星舰（Starship），它将是有史以来最强大、最便宜、最可重复使用的太空运输工具。

为了达成SpaceX将100万人送上火星的最终目标，马斯克曾公开表明SpaceX每年要制造 100 艘星舰，十年做到1000 艘，让所有人都可以去宇宙。

这意味着星舰必定有很多不同于已有重型火箭的地方，做到最大程度降低成本和提高可重复使用性，让星舰每次发射的成本最终降至100万美元，也就是一公斤货物的运输成本仅为10美元。这远远低于现有的任何火箭，例如NASA的太空发射系统（Space Launch System，SLS），SLS每次发射成本预计为41亿美元。

星舰火箭由两部分组成。第一级是名为超级重型火箭（Super Heavy rocket）的运载火箭，它高达69米，装有33个猛禽（Raptor）发动机，它提供了起飞时所需的巨大推力。第二级火箭就是星舰本身，它是一个高达50米的太空飞船，装有6个猛禽发动机，可以搭载人员和货物。

两级火箭加起来总高度达到120米，比曾经将阿波罗（Apollo）宇航员送上月球的土星5号运载火箭（Saturn V）还要高出近10米。

星舰的运载能力是非常惊人的。它可以将高达150吨的有效载荷送入近地轨道，或将高达100吨的有效载荷送入月球或火星轨道。这种巨大的运载能力远远超过了现有的所有火箭，甚至超过了土星5号。这意味着星舰火箭可以一次性运送更多的人员和物资，从而降低了单位质量的运输成本。

除了拥有巨大的运载能力，星舰火箭还采用了其他一些创新和节省的方式来降低成本。

使用不锈钢作为主要材料

传统的重型火箭通常使用铝合金或碳纤维作为主要材料，因为它们具有轻质化、强度高、耐腐蚀和易于加工的特点。然而，这两种材料也有缺点：铝合金不耐热，在高温下容易软化变形；碳纤维非常昂贵，每千克高达135美元，加工和维修过程中废品率也高达35%。

因此，SpaceX决定使用不锈钢作为星舰的主要材料。

不锈钢虽然重一些，但是更便宜、更耐热、更容易加工和维修。马斯克在接受《流行机械》（Popular Mechanics）主编瑞安·达戈斯蒂诺（Ryan D’Agostino）采访时曾说过：“铝合金或碳纤维对于稳定的工作温度，实际上限制在大约150摄氏度，它并没有那么高，或许可以再高一点，比如180摄氏度、200摄氏度，就真的在试探极限了，材料的强度会随之降低。但是对于不锈钢，它可以承受800甚至1000摄氏度的高温。还有很重要的一点就是，不锈钢每千克只要3美元。”

高温下仍然具有高强度的不锈钢，可以让隔热瓦尽可能轻薄，并且只需在迎风面铺隔热瓦，背风面不需要铺隔热瓦，又在一定程度上减轻了重量。这对于火箭再入时，是一个极大的优势。不锈钢材料还很容易进行焊接和修复，这对于可重复使用的火箭来说是很重要的。

使用甲烷作为燃料

传统的重型火箭通常使用煤油（RP-1）或液氢（LH2）作为燃料，液氧（LOX）作为氧化剂。

煤油便宜且易于储存，具有具有很高的密度和推力，但是燃烧效率低，排放的二氧化碳和煤烟也更多。液氢燃烧效率高，适合在太空中进行长时间的任务，但是密度和推力都很低，需要更大的油箱和更强的发动机；它也更加昂贵，并且难以储存和处理，因为它需要极低的温度和高压。

甲烷的优势是可以在火星上制造，为未来的火星殖民计划提供了可能。甲烷和液氧都可以通过从火星大气中提取二氧化碳和水，利用化学反应合成而得到。这样，星舰就可以在火星上补充燃料，从而实现往返地球和火星的旅行。这就是为什么马斯克从一开始就选择瓦斯作为星舰的燃料：从最终目标往回倒推。

甲烷的优点远不止于此：它可以在低温下储存，减少了冷却系统的复杂度；它的密度比液氢高，可以减少储罐的体积；它的燃烧效率比煤油高，可以提高推力；它的燃烧产物更清洁，可以减少发动机的污染和损耗。

当然使用甲烷也有一些技术上的挑战和风险：它需要在极低温下保持液态，这对于储罐和管道的设计提出了更高的要求；它要和液氧在发动机里实现高压、高温、高速的混合点火，这对于发动机的性能和可靠性提出了更高的要求；甲烷在不完全燃烧时也会产生一些有害的副产品，例如一氧化碳、甲醛、甲醇等，这些物质可能对火箭的结构和环境造成损害。

采用全可重复使用的设计

传统的重型火箭通常采用一次性或部分可重复使用的设计，即第一级或第二级火箭在发射后会被丢弃，这样做会造成很多资源和资金的浪费，也会增加太空垃圾的问题。而SpaceX决定采用全可重复使用的设计，即第一级的超级重型火箭和第二级的星舰都可以在发射后返回地面并重新使用。

全可重复使用的设计的优势是可以大幅降低每次发射的成本，只需要支付燃料和维护费用。SpaceX是第一个尝试并成功实现火箭回收和再利用的公司，猎鹰9号运载火箭（Falcon 9）已经多次实现第一级火箭的软着陆和重复发射；太空飞船的重复使用也取得了成功，NASA正循环使用龙飞船（Dragon）定期将宇航员和货物送去国际空间站（International Space Station）。

SpaceX的前高管Lewis Hong做客播客节目《硅谷101》时，提到了关于马斯克基于第一性原理解决问题的做事方式：他希望SpaceX的工程师能借鉴可乐罐生产的物理基础来生产火箭发射的高压筒，因为两者都是承载压力的容器。

Lewis推测，星舰在10 年内就可以达到载人飞行的目标，至于载人后要达到足够的经济效益，让人们可以像坐飞机一样坐火箭，这一点在15年内也可以达到。