最便宜的火箭:看马斯克如何颠覆火箭制造

最便宜的火箭:看马斯克如何颠覆火箭制造

最便宜的火箭:看马斯克如何颠覆火箭制造

一段12分钟的旅程,SpaceX足足等了12年。

美国东部时间,2020年5月30日,美国佛罗里达州卡纳维拉尔角的 NASA 肯尼迪航天中心,载人龙飞船和猎鹰9号准备发射升空,将两名NASA宇航员送入国际空间站。

点火发射,2分钟后,猎鹰9号顺利完成一级火箭分离;9分半后,一级火箭成功降落海上平台着陆回收。

第十二分钟,猎鹰9号按计划实现火箭二级分离,标志着首次商业载人飞船测试的成功。

经过十几个小时的飞行,载人龙飞船与空间站成功对接,两位宇航员甚至没感觉到任何撞击,“我们对它的表现非常满意”。

历经各种超乎想象的高压与失败,SpaceX终于创造了历史。与此同时,这也是美国版“新基建”一个重大的里程碑,通过促进低地球轨道空间生态系统的发展,增强美国民间力量进入太空的能力。

几乎所有的伟大都和自己的最初模样,相距甚远。

12年前,2008年的圣诞节,马斯克甚至没钱给自己第二任妻子买一份像样的礼物。猎鹰1号发射“三连败”,几乎烧光马斯克投进去的一个亿,特斯拉也面临资金链断裂。摆在他面前的,不仅仅是破产,而且负债累累。备受煎熬的马斯克会在睡着的情况下,爬到身边妻子身上开始尖叫。

2006年3月猎鹰1号首秀失败,马斯克初尝造火箭之艰难。一级燃料泄漏,导致发动机故障,火箭爆炸,搭载的卫星设备将车间的屋顶撞得粉碎。一群工程师在酒吧借酒浇愁,隔日清醒,立刻再战。2007年,第二次试飞虽开局良好,但仍以失败告终。不少工程师大受打击,他们知道老板的钱最多再支持一两次发射。而且,早期团队关键人物 Hollman 离开了 SpaceX,这位年轻工程师体现出马斯克渴望得到的那类人才所具备的品质,很多人甚至担心,少了他,公司会倒闭。

2008年,猎鹰1号发射第三次失败。这也是最为艰难的一年,马斯克经常半夜做噩梦,与2002年那位写过软件但对航空专业还是门外汉的富豪,判若两人。当时,马斯克天真以为3000万美元就能将植物温室送去火星。当被告知发射成本6000万美元到8000万美元时,他决定买一枚翻新的俄罗斯洲际弹道导弹来完成。

千里迢迢飞去俄罗斯谈生意,结果不欢而散。在机场,马斯克决定自己造火箭,他向同伴展示电脑里备好的成本报表,既然可以开着本田雅阁去太空,为什么非要坐法拉利?

一位叫 Tom Muller 的人在这份表格里增加了新型低成本火箭的性能和成本参数,并和其他早期成员一起完善了造火箭计划。他不仅是马斯克决心成立 SpaceX 的重要支持者,也是公司联合创始人和 CTO。

2008年9月,猎鹰1号火箭第四次升空,成功地将虚拟有效载荷送入了轨道。SpaceX 争取到NASA一份16亿美元救命合同。“我甚至不能拿着电话,我只是脱口而出,我爱你们!”马斯克回忆接到“中标”电话时的心情。

曙光乍现,SpaceX 进入一个新阶段。马斯克利用这笔钱飞速扩张,拓展新的发射能力。2014年5月29日,SpaceX举行载人龙飞船发布会,迈出了商业载人计划第一步;2019年3月2日,完成首次载人飞船无人验证飞行;2020年5月30日,完成首次载人火箭发射成功,缔造历史。

除了制造送飞船上天的猎鹰火箭,SpaceX 还制造龙飞船。高度垂直整合,几乎所有配件都在内部生产,成为火箭和飞船成本能降下来的重要因素。比如,龙飞船总成本3亿,其他公司飞船项目成本比这个数字高出10到30倍。

SpaceX 80-90%的制造工作都是自己完成,包括火箭、发动机、电子设备和其他部件。相比之下,从俄罗斯和乌克兰进口核心部件的竞争对手(比如 Orbital Science )更像是组装商。ULA(联合发射联盟,也是波音和洛克希德·马丁合营公司)有1200多个供应商来帮助他们制造产品。

不光自己完成制造,SpaceX 还自己设计了主板、电路、探测震动的传感器、飞行计算器和太阳能板。不同于其他公司对“太空级别”设备的孜孜以求,SpaceX的设备往往由现成的消费类电子产品制成。他们甚至发现,仅仅是一个精简后的无线电装置,不仅可以将重量减少20%,自产成本节省程度也让人惊讶。如果一些工业级设备由传统航天企业生产,成本在5万美元到10万美元之间,而在SpaceX的制造成本则只有5000美元。

“以现有载人飞船搭载的星载计算机和控制器举例,单个控制器价格为500万元人民币左右,一共14個系统,为了追求高可靠性,每个系统1+1备份,一共28个控制器,成本总计约1.4亿人民币!而SpaceX的龙飞船主控系统的芯片组仅用了2.6万人民币,成本相差5348倍!”我国民营卫星公司九天微星的九天粒波(笔名),也曾撰文探讨SpaceX在主控系统的芯片组上极强的成本控制能力。

即使针对供应商,马斯克也有办法说服对方压低成本。比如,波音花费5年和一亿美元造出涡轮泵,SpaceX供应商被要求将成本控制在100万美元,时间是一年。最后,这位涡轮泵供应商花了13个月做出来了。

除了高度的垂直一体化,还有对新技术的开放和大胆采用以及工程师文化。龙2飞船使用的超级德拉科引擎(SuperDraco),是有史以来第一个完全采用3D打印技术造出来的航天引擎,因为是由计算机控制点机械会用高强度镍铬铁合金直接打印而成,不需要经过人工焊接,强度和性能达到了前所未有的水平。对自动化的追求也体现在 SpaceX 工厂里。他们用一台古怪的两层楼高的机器,实现巨型金属板焊接流程自动化,并成为竞争对手纷纷效仿的对象。

无论是在特斯拉还是SpaceX,都可以感受到浓浓的工程师文化。就连马斯克自己都说,他的生活90%由工程师组成。在SpaceX,毕业于常青藤大学的计算机科学家,负责机器设计的工程师和负责硬件制造的电焊工、机械师,都可以坐在一起。这在业内算是一个重大突破,因为传统的航空公司都会让工程师和机械师分开工作,在便宜的地方设立工厂,工程师和机械师往往相隔千里之外。 在商业模式上,马斯克追求“薄利多销”,从来不指望发射一次大赚一笔,宁愿每次只赚一点儿并通过多次发射,用规模效益和持续的技术改进,大大降低成本。

虽然2008年是马斯克最艰难的一年,但是,转机也在悄然酝酿,那一年奥巴马当选为美国总统。没有奥巴马政府的推波助澜,以及NASA在整个项目过程中的全方位支持,仅凭马斯克一家公司,不可能實现这样的壮举。

美国虽然在冷战时期,创造出世界上最先进、最复杂、可以重复使用的航天飞机,也曾嘲笑俄罗斯载人飞船的粗糙,时过境迁,自己的航天飞机却成为NASA最为沉重的成本负担。除了旧式设计给宇航员带来的安全隐患,虽然航天飞机可以重复使用,但是,作为最为复杂的航天器,每更换一个零部件,特殊加工设备和维护保养人员的高昂成本,越来越让美国政府不堪重负。当然,还有天价的发射费用,一次发射费用大约需要四五亿美元。

正是在这一背景下,上任于美国财政赤字和金融危机等加深之时的奥巴马,力主把烧钱的各种航天计划予以停止,这使得新的航天飞机建造计划被撤销,并提倡与商业太空公司合作。

于是,就有了 NASA 的 Commercial Crew 项目,一个类似 PPP(政府与社会资本合作)的模式变革。其主要目标之一,就是让私人企业(而不是NASA)制造出下一代航天器,将美国宇航员送上轨道。航天器制造完成之后,这些私人企业可以通过运营航天飞行服务来实现盈利。有观点曾分析指出,美国正在开展的这项基础设施建设,一方面有利于加速人才流向美国已然成熟的民营航天产业。只要人才“藏富于民”,国家的航天科技人才的可持续增长,就有第二个更为稳定的基础。另一方面,也只有美国人才敢利用纯民间资本做大太空旅游等产业,蛋糕之大,能吸引人才和就业人员之多,也是超出估量的。从2010年开始,项目第一轮投资约5000万美元,第二轮NASA资助2.7亿美元,SpaceX首次出现在名单中。

所以说,没有NASA的全方位支持,马斯克徒手难以创造奇迹。

比如火箭人才方面。SpaceX 优势之一在于拥有几位经验丰富的员工,他们都曾在波音这样的公司参与过火箭项目,或者本身就是前宇航员。在技术层面,通过直接派驻技术人员和通过专利转让等方式,NASA 帮助 SpaceX 等合作伙伴发展和验证了关键技术。NASA开放了“阿波罗”计划中的部分技术,支持新兴商业航天企业参与空间活动,如“猎鹰”系列火箭的“灰背隼”(Merlin)发动机,就是采用了“阿波罗”计划登月舱下降级发动机的喷管技术。

SpaceX 还通过与NASA达成协议,买到了PICA隔热材料的生产工艺。所谓PICA是指Phenolic Impregnated Carbon Ablator,即酚醛浸渍碳烧蚀材料,是NASA阿姆斯研究中心为航天器从深空返回而研发的高性能烧蚀隔热材料,可谓该中心几十年的科研结晶。这种材料甚至在阿姆斯研究中心的测试中短暂承受了7000°C、4.9千米/秒的高温高压气体灼烧(这一温度甚至比太阳表面还要高1500摄氏度),被选为星尘号彗星探测器返回舱的底部隔热材料。

“如果到了因为死亡或者其他问题迫使你交出接力棒的那一天,但是,你的计划还一直处于想象之中,你能否平静地接受这个现实?” 几年前,《万古》(Aeon)杂志记者曾问马斯克这个很有趣的问题。“当然要平静接受,我已经考虑很久了。”马斯克回答,“我一直试着构造一个世界——当我不在的情况下,SpaceX依然能够继续它的使命。”“你会把接力棒交给他们吗?”记者看着办公室里马斯克儿子的照片问。

马斯克曾计划把这项事业交付给一个或者几个机构,但他对记者说,家族影响力也许更加稳固,“我只是不想让这项事业被那些利欲熏心的私募股权控制,那将很可怕。”

好个“家族影响力”,马斯克的最初计划也是在变的,事业接力棒莫非要传给儿子?

本文来自投稿,不代表多笔记立场,如若转载,请注明出处:https://www.duobiji.com/140106.html

版权归原作者所有,如有侵权、虚假错误信息或任何问题,请及时联系我们,我们将在第一时间删除或更正。

W 导出为最便宜的火箭:看马斯克如何颠覆火箭制造.doc文档