比鋼鐵還結實，比鋁合金還輕便，以其優異的性能，在航空航天領域廣泛使用，大放異彩。前面我們介紹了碳纖維複合材料在飛機上的應用，這次我們再介紹一下碳纖維在航天領域的應用。
大家都知道，碳纖維生產技術是美國和日本重點防範的一種先進技術，美日等國不僅限制碳纖維生產技術的出口，更是限制先進性能的碳纖維材料出口中國。面對層層封鎖，中國能否破局呢？作為中國獨立自主發展的高科技典型，中國的航天產業什麼時候開始使用碳纖維複合材料的呢？
中國航天使用碳纖維複合材料並不晚，最早是1984年，首先在國產衛星上使用了碳纖維複合材料結構件，從此開創了中國航天使用碳纖維複合材料的時代，後面應用程度越來越高，技術越來越先進。那位朋友可能會說了，不是說美國和日本禁止向中國銷售碳纖維複合材料嗎？中國怎麼在1984年就開始使用碳纖維複合材料了呢？
其實，美日限制銷售的是最先進的碳纖維複合材料，而且嚴格限制銷售是近幾年的事情。早先中國衛星上使用的並不是最先進的碳纖維複合材料，一些低端的碳纖維複合材料還是可以購買到的。低端碳纖維雖然不能讓衛星獲得最優的性能，不適合製造太重要的部件，但也比使用傳統金屬合金更節省重量。碳纖維複合材料在衛星上使用，為中國更大範圍使用碳纖維複合材料奠定了良好的基礎。
隨著碳纖維生產技術的提高，價格越來越低，碳纖維給衛星帶來了巨大的效益。要知道，碳纖維本身的密度不僅是鋼鐵的五分之一，甚至也只有鋁合金的一半多一點，在衛星上大量使用碳纖維複合材料，可以大幅度降低衛星自身的重量，讓衛星可以攜帶更多的燃料，大大延長衛星的使用壽命，或者攜帶更多的儀器設備，讓衛星可以開展更多的工作。
早前的衛星自身乾重占比達到16%以上，隨著大量碳纖維複合材料的使用，衛星乾重占比只有6%左右，大大降低了衛星的乾重，把節省出來的重量來做更有意義的事情。至於成本問題，完全可以通過降低重量來節約成本。要知道往太空發射物體，一千克的成本能達到幾萬塊錢，就拿鋁合金和碳纖維來比，使用碳纖維能節約40%的重量，十公斤就能節約出4公斤的重量來，四公斤節約出來的發射費用，遠遠高於十公斤碳纖維複合材料本身的成本。按現在碳纖維複合材料的價格，一公斤航天級別的高性能碳纖維也不過幾百美元，用它來降低重量非常划算。二十多年前的價格肯定要高很多，但相對於節約出來的發射費用，也是很划算的。
所以，中國在衛星上使用碳纖維複合材料比例還是很高的，並不見得比發達國家少多少。甚至探月衛星嫦娥一號的燃料貯箱都是用碳纖維複合材料來製造，後面的嫦娥工程就更不必說了。
雖然碳纖維用到衛星上是非常普遍的事情，但是用到火箭上卻並不見得那麼輕鬆。考慮到碳纖維複合材料高昂的價格，火箭上大規模使用碳纖維複合材料，直到今天也是非常奢侈的事情。大家已經直到美國SpaceX公司的星艦，早先選擇的是碳纖維複合材料設計方案，現在已經替換成了不鏽鋼外殼。中國的長征11號、印度的固體火箭，直到今天都在用不鏽鋼外殼。前幾年只有美國、日本、歐空局的固體火箭助推器使用碳纖維複合材料外殼，中國剛面世的力箭一號才開創了中國火箭大規模使用碳纖維複合材料的年代。液體火箭燃料貯箱，更是幾乎沒有使用碳纖維複合材料的。
其最主要的原因，還是因為碳纖維複合材料的成本太高了，大範圍使用這種材料會明顯增加火箭的發射成本，得不償失。當然並不是說火箭使用碳纖維複合材料一定不划算，也不是說以後永遠不能大範圍使用。只要使用的地方得當，火箭上用碳纖維複合材料還是很划算的。
一般的火箭都是多級火箭，越上面的部位，越應該輕便，因為越上面的火箭自身重量帶來的發射成本越高。對於最上面的火箭來說，自身減少多少重量，就可以直接增加多少重量的載荷。就像前面說的，衛星每公斤的發射成本是幾萬塊錢，最上面的火箭自身重量減少一公斤，就相當於節省了幾萬元的發射成本，這還是很划算的，別說幾萬塊錢，就算是每公斤節約幾千塊錢發射成本，也是很划算的。
這一點從印度的最新固體火箭就能看出來，雖然印度固體火箭一直在用鋼鐵的外殼，給人的感覺很落後，完全沒有使用碳纖維複合材料的能力。但是印度最新的固體火箭SSLV，雖然主要結構還是鋼鐵外殼，但是第三級固體火箭使用的卻是碳纖維複合材料。從中可以看出，印度並不是沒有能力使用碳纖維複合材料，而是從成本上綜合考慮的，第三級火箭使用碳纖維複合材料代替鋼鐵顯然很划算。另外，還需要明確一點，雖然中國從美國日本購買先進碳纖維複合材料很困難，但印度購買並不困難。
比較神奇的是，SSLV的第四級火箭反而沒用碳纖維複合材料，因為那是液體發動機，用碳纖維複合材料製造液體燃料貯箱要比製造固體火箭外殼困難多了。另外，固體火箭外殼，目前只有兩個選項，要麼是鋼鐵，要麼是碳纖維複合材料，使用鋁合金是不行的，因為結構強度不行。面對這兩個選項，只要碳纖維複合材料的成本不斷下降，鋼鐵的成本優勢就越來越低。
相信未來中國的固體火箭會全面使用碳纖維複合材料，力箭一號只是開了個頭。
液體燃料貯箱，可以是鋼鐵、鋁合金或者碳纖維複合材料，其中碳纖維複合材料相對於鋁合金來說節約的重量並不多，對於火箭下部來說，把鋁合金換成碳纖維並不划算，因為發射成本下降有限，但材料成本上升太多。所以，全世界的液體火箭極少用碳纖維複合材料來製造貯箱的。另外碳纖維複合材料製造燃料貯箱還有很多技術難題存在，尤其是大體積的燃料貯箱，需要不算驗證改進才能大規模投入使用。當然，隨著碳纖維複合材料成本的下降和貯箱生產技術的不斷改良，未來碳纖維複合材料液體火箭也會大行其道。
除了燃料貯箱和固體火箭外殼，其實火箭上還有很多地方在用碳纖維複合材料，而且一些部位很早以前就在用了。比如用來連接衛星的支架，這是在火箭的最上部，按照剛剛介紹的規律，越靠近上部的地方使用碳纖維複合材料越划算。中國早期的火箭長征二號、長征三號都早早就用上碳纖維複合材料了。另外，中國最新的火箭型號，往往都用上了碳纖維複合材料的整流罩，這都是碳纖維複合材料在中國航天大量應用的案例。
中國最近兩年已經徹底攻克高性能航天用碳纖維複合材料生產工藝了，而且生產成本越來越低，中國航天使用的碳纖維複合材料已經在進行國產化替代了，不排除未來實現全國產化。面對封鎖，中國航天也好、中國材料也罷，都將發揮自己的積極向上的精神，擺脫依賴獨立自主。
下邊再簡單補充一下，碳纖維複合材料在衛星上應用，一些難以替代的優勢。前面我們主要說衛星上如果用碳纖維複合材料，可以給衛星減重，從發射成本上是划算的。但對於有些衛星或太空飛行器部件來說，碳纖維複合材料幾乎是不可替代的。
比如對於空間照相機來說，需要一個非常穩定的結構，不能隨意變形，否則成像就會大打折扣。面對非常嚴酷複雜的空間環境，經常驟冷驟熱，對於絕大多數材料來說會有明顯的熱脹冷縮，這些材料如果用來做相機支撐結構的話，就會帶來相機成像不穩定之類的問題。碳纖維複合材料膨脹係數非常小，甚至可以實現零膨脹，這樣的材料用來做相機內部各光學器件之間的支撐材料非常好，能最大程度減少環境溫度變化對成像效果的影響，這些支撐件也叫精密結構支撐件。將來中國的巡天空間望遠鏡，肯定會使用大量這樣的精密結構支撐件，從而保障觀測效果。當然現在在天上飛的大量遙感衛星肯定也在大量使用這樣的結構件。
除此以外，最新的太陽能電池板，往往都是柔軟可摺疊的，就像中國空間站的太陽能電池板那樣。這樣的電池板往往會用到碳纖維複合材料，質量輕、強度高而且還很柔軟，特別方便。