塑料火箭也能上天

　　陸地上、深海中，塑料已經占領了整個地球，未來某一天，也許塑料會化身為火箭，飛往太空。

　　用塑料造火箭

　　在制造火箭方面，業界有一些約定俗成的規定：一般輕質材料部分會使用鋁合金、碳復合、合金鋼等材料，而重要的部分則會使用堅固的鈦合金、不銹鋼，在需要耐火抗熱的部位隔熱陶瓷可以大展身手。顯而易見，在火箭身上，塑料這一地球上最常見的材料并沒有用武之地:它既不堅硬，又不耐熱，完全不符合火箭的需求。等等，火箭不考慮下工程塑料嗎?

　　其實，在火箭制造中，塑料有一個很大的優勢——它很輕。火箭作為運載工具，其自重越小，所需要消耗的燃料就越少，能用于搭載其他航天器的空間就越大。所以，大量采用輕質材料，努力將火箭的自重降低是很有必要的，它直接影響火箭的性能。但目前人類掌握的輕質金屬并不算很多，且大多價格昂貴，比如鋰，它是最輕的金屬，但質地很軟，還容易溶解，不堪大用。其他常用的金屬材料比如鋁合金、鈦合金，雖然它們在強度和硬度上都符合要求，但成型和加工困難，成本昂貴，重量上也不占優勢。科學家們一直在尋找更好的能夠取代金屬的火箭材料，工程塑料就是被科學家寄予厚望的“后浪”。

　　與普通塑料相比，工程塑料具有更好的力學性能、耐腐蝕性、耐熱性、耐疲勞性等特點，在航空航天領域，塑料材料已經發揮了不小的作用：聚碳酸酯是一種高級的航天復合樹脂，廣泛用于飛機艙罩、照明設備、宇航員的防護用品等;改性尼龍具有較強的抗輻射能力，可以用作飛機、衛星等高空飛行器的包覆材料;聚醚醚酮樹脂在航空航天領域用來代替鋁、鈦等其他金屬材料制造成飛船發動機、內外零部件;等等。

　　如果我們再往工程塑料中添加碳纖維、石墨烯、玻璃纖維等高新科技材料，工程塑料就會舊貌換新顏。在歐洲航天局的支持下，德國航空航天公司“MTaerospace”推出了一款由碳纖維增強塑料制成的小型火箭燃料箱，該燃料箱可以容納液氫和液氧而不泄漏，最重要的是，整個燃料箱完全沒有用到一點金屬材料。

　　火箭燃料箱不使用金屬是一個非常大的挑戰，因為最常用的推進劑氫氣和氧氣都是氣態的，即使它們在儲存時被冷卻到-253℃，但它們仍會在使用過程中不斷逸出。因此，以往的火箭燃料箱都會使用金屬作為襯里，一則防止氣體逸出，另外金屬也更加抗凍。不過，金屬襯里有一個缺點——它們很重，而且，多加這一個襯里，所需要的制造部件和制造步驟更加繁復。所以，“MTaerospace”的純塑料燃料箱一經推出就大受歡迎：火箭自重的減輕意味著可以裝載更多的載荷，使用這個燃料箱，比傳統燃料箱能降低更多發射成本，同樣多的燃料能產生額外2噸的有效載荷量。

　　傳統燃料箱所用的金屬襯里是密閉的，為了用碳復合材料重現相同的特性，新型燃料箱用黑色碳纖維和特殊樹脂編織而成，在低溫、變壓、氣體泄露測試中，新型燃料箱都經受住了考驗。近期，歐洲航天局打算將新型燃料箱安裝到阿麗亞娜6號火箭上，碳纖維增強塑料還將應用于燃料箱與上級外層之間的界面。如果發射成功，我們還將在未來的火箭部件中找到更多的碳纖維增強塑料。

　　廢塑料有大用

　　如果用工程塑料造火箭還不算什么，那么廢棄塑料和火箭的搭配就十分神奇了：2022年1月29日，美國Vaya太空公司成功發射了一款火箭，該火箭使用的是可回收熱塑性塑料制成的燃料箱，其中所填充的燃料也是熱塑性塑料。

　　用廢棄塑料發射火箭的不止一家公司。2022年10月，英國航天公司Skyrora在冰島進行了一次火箭發射任務，這款火箭所填充的燃料是他們獨家開發的——被稱為Ecosene的燃料，它是由廢棄塑料轉化而成。Skyrora使用從當地市政當局收集的塑料垃圾，通過熱解技術將其轉化為Ecosene燃料，這種燃料可用于火箭甚至普通車輛。而且，以這種方式生產的燃料要便宜得多，其成本可能僅為當今航天公司的火箭燃料費用的五分之一。

　　成功應用塑料燃料的還有英國Pulsar Fusion公司，其火箭使用一種由高密度聚乙烯(HDPE)和氧化亞氮氧化劑組成的混合燃料。高密度聚乙烯用于一系列塑料產品，包括瓶子、管道和砧板，這使得用作火箭燃料的材料豐富且價格低廉。

　　據估計，全球每年產生4億噸塑料垃圾，最終只有9%被回收利用。其余的要么最終進入垃圾填埋場，要么被焚燒。如果將更多廢棄塑料變身為燃料，它們不僅能發揮余熱，更有利于解決白色污染這個大難題。不久的將來，由塑料箭身、塑料燃料構成的全塑火箭將占領太空——這可能是一個好消息。