最便宜的火箭：看馬斯克如何顛覆火箭制造

周微

一段12分鐘的旅程，SpaceX足足等了12年。

美國(guó)東部時(shí)間，2020年5月30日，美國(guó)佛羅里達(dá)州卡納維拉爾角的 NASA 肯尼迪航天中心，載人龍飛船和獵鷹9號(hào)準(zhǔn)備發(fā)射升空，將兩名NASA宇航員送入國(guó)際空間站。

點(diǎn)火發(fā)射，2分鐘后，獵鷹9號(hào)順利完成一級(jí)火箭分離;9分半后，一級(jí)火箭成功降落海上平臺(tái)著陸回收。

第十二分鐘，獵鷹9號(hào)按計(jì)劃實(shí)現(xiàn)火箭二級(jí)分離，標(biāo)志著首次商業(yè)載人飛船測(cè)試的成功。

經(jīng)過(guò)十幾個(gè)小時(shí)的飛行，載人龍飛船與空間站成功對(duì)接，兩位宇航員甚至沒(méi)感覺(jué)到任何撞擊，“我們對(duì)它的表現(xiàn)非常滿(mǎn)意”。

歷經(jīng)各種超乎想象的高壓與失敗，SpaceX終于創(chuàng)造了歷史。與此同時(shí)，這也是美國(guó)版“新基建”一個(gè)重大的里程碑，通過(guò)促進(jìn)低地球軌道空間生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展，增強(qiáng)美國(guó)民間力量進(jìn)入太空的能力。

幾乎所有的偉大都和自己的最初模樣，相距甚遠(yuǎn)。

12年前，2008年的圣誕節(jié)，馬斯克甚至沒(méi)錢(qián)給自己第二任妻子買(mǎi)一份像樣的禮物。獵鷹1號(hào)發(fā)射“三連敗”，幾乎燒光馬斯克投進(jìn)去的一個(gè)億，特斯拉也面臨資金鏈斷裂。擺在他面前的，不僅僅是破產(chǎn)，而且負(fù)債累累。備受煎熬的馬斯克會(huì)在睡著的情況下，爬到身邊妻子身上開(kāi)始尖叫。

2006年3月獵鷹1號(hào)首秀失敗，馬斯克初嘗造火箭之艱難。一級(jí)燃料泄漏，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)故障，火箭爆炸，搭載的衛(wèi)星設(shè)備將車(chē)間的屋頂撞得粉碎。一群工程師在酒吧借酒澆愁，隔日清醒，立刻再戰(zhàn)。2007年，第二次試飛雖開(kāi)局良好，但仍以失敗告終。不少工程師大受打擊，他們知道老板的錢(qián)最多再支持一兩次發(fā)射。而且，早期團(tuán)隊(duì)關(guān)鍵人物 Hollman 離開(kāi)了 SpaceX，這位年輕工程師體現(xiàn)出馬斯克渴望得到的那類(lèi)人才所具備的品質(zhì)，很多人甚至擔(dān)心，少了他，公司會(huì)倒閉。

2008年，獵鷹1號(hào)發(fā)射第三次失敗。這也是最為艱難的一年，馬斯克經(jīng)常半夜做噩夢(mèng)，與2002年那位寫(xiě)過(guò)軟件但對(duì)航空專(zhuān)業(yè)還是門(mén)外漢的富豪，判若兩人。當(dāng)時(shí)，馬斯克天真以為3000萬(wàn)美元就能將植物溫室送去火星。當(dāng)被告知發(fā)射成本6000萬(wàn)美元到8000萬(wàn)美元時(shí)，他決定買(mǎi)一枚翻新的俄羅斯洲際彈道導(dǎo)彈來(lái)完成。

千里迢迢飛去俄羅斯談生意，結(jié)果不歡而散。在機(jī)場(chǎng)，馬斯克決定自己造火箭，他向同伴展示電腦里備好的成本報(bào)表，既然可以開(kāi)著本田雅閣去太空，為什么非要坐法拉利？

一位叫 Tom Muller 的人在這份表格里增加了新型低成本火箭的性能和成本參數(shù)，并和其他早期成員一起完善了造火箭計(jì)劃。他不僅是馬斯克決心成立 SpaceX 的重要支持者，也是公司聯(lián)合創(chuàng)始人和 CTO。

2008年9月，獵鷹1號(hào)火箭第四次升空，成功地將虛擬有效載荷送入了軌道。SpaceX 爭(zhēng)取到NASA一份16億美元救命合同?！拔疑踔敛荒苣弥娫?huà)，我只是脫口而出，我愛(ài)你們！”馬斯克回憶接到“中標(biāo)”電話(huà)時(shí)的心情。

曙光乍現(xiàn)，SpaceX 進(jìn)入一個(gè)新階段。馬斯克利用這筆錢(qián)飛速擴(kuò)張，拓展新的發(fā)射能力。2014年5月29日，SpaceX舉行載人龍飛船發(fā)布會(huì)，邁出了商業(yè)載人計(jì)劃第一步;2019年3月2日，完成首次載人飛船無(wú)人驗(yàn)證飛行;2020年5月30日，完成首次載人火箭發(fā)射成功，締造歷史。

除了制造送飛船上天的獵鷹火箭，SpaceX 還制造龍飛船。高度垂直整合，幾乎所有配件都在內(nèi)部生產(chǎn)，成為火箭和飛船成本能降下來(lái)的重要因素。比如，龍飛船總成本3億，其他公司飛船項(xiàng)目成本比這個(gè)數(shù)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、發(fā)動(dòng)機(jī)、電子設(shè)備和其他部件。相比之下，從俄羅斯和烏克蘭進(jìn)口核心部件的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手（比如 Orbital Science ）更像是組裝商。ULA（聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟，也是波音和洛克希德·馬丁合營(yíng)公司）有1200多個(gè)供應(yīng)商來(lái)幫助他們制造產(chǎn)品。

不光自己完成制造，SpaceX 還自己設(shè)計(jì)了主板、電路、探測(cè)震動(dòng)的傳感器、飛行計(jì)算器和太陽(yáng)能板。不同于其他公司對(duì)“太空級(jí)別”設(shè)備的孜孜以求，SpaceX的設(shè)備往往由現(xiàn)成的消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品制成。他們甚至發(fā)現(xiàn)，僅僅是一個(gè)精簡(jiǎn)后的無(wú)線電裝置，不僅可以將重量減少20%，自產(chǎn)成本節(jié)省程度也讓人驚訝。如果一些工業(yè)級(jí)設(shè)備由傳統(tǒng)航天企業(yè)生產(chǎn)，成本在5萬(wàn)美元到10萬(wàn)美元之間，而在SpaceX的制造成本則只有5000美元。

“以現(xiàn)有載人飛船搭載的星載計(jì)算機(jī)和控制器舉例，單個(gè)控制器價(jià)格為500萬(wàn)元人民幣左右，一共14個(gè)系統(tǒng)，為了追求高可靠性，每個(gè)系統(tǒng)1+1備份，一共28個(gè)控制器，成本總計(jì)約1.4億人民幣！而SpaceX的龍飛船主控系統(tǒng)的芯片組僅用了2.6萬(wàn)人民幣，成本相差5348倍！”我國(guó)民營(yíng)衛(wèi)星公司九天微星的九天粒波（筆名），也曾撰文探討SpaceX在主控系統(tǒng)的芯片組上極強(qiáng)的成本控制能力。

即使針對(duì)供應(yīng)商，馬斯克也有辦法說(shuō)服對(duì)方壓低成本。比如，波音花費(fèi)5年和一億美元造出渦輪泵，SpaceX供應(yīng)商被要求將成本控制在100萬(wàn)美元，時(shí)間是一年。最后，這位渦輪泵供應(yīng)商花了13個(gè)月做出來(lái)了。

除了高度的垂直一體化，還有對(duì)新技術(shù)的開(kāi)放和大膽采用以及工程師文化。龍2飛船使用的超級(jí)德拉科引擎（SuperDraco），是有史以來(lái)第一個(gè)完全采用3D打印技術(shù)造出來(lái)的航天引擎，因?yàn)槭怯捎?jì)算機(jī)控制點(diǎn)機(jī)械會(huì)用高強(qiáng)度鎳鉻鐵合金直接打印而成，不需要經(jīng)過(guò)人工焊接，強(qiáng)度和性能達(dá)到了前所未有的水平。對(duì)自動(dòng)化的追求也體現(xiàn)在 SpaceX 工廠里。他們用一臺(tái)古怪的兩層樓高的機(jī)器，實(shí)現(xiàn)巨型金屬板焊接流程自動(dòng)化，并成為競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手紛紛效仿的對(duì)象。

無(wú)論是在特斯拉還是SpaceX，都可以感受到濃濃的工程師文化。就連馬斯克自己都說(shuō)，他的生活90%由工程師組成。在SpaceX，畢業(yè)于常青藤大學(xué)的計(jì)算機(jī)科學(xué)家，負(fù)責(zé)機(jī)器設(shè)計(jì)的工程師和負(fù)責(zé)硬件制造的電焊工、機(jī)械師，都可以坐在一起。這在業(yè)內(nèi)算是一個(gè)重大突破，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的航空公司都會(huì)讓工程師和機(jī)械師分開(kāi)工作，在便宜的地方設(shè)立工廠，工程師和機(jī)械師往往相隔千里之外。

在商業(yè)模式上，馬斯克追求“薄利多銷(xiāo)”，從來(lái)不指望發(fā)射一次大賺一筆，寧愿每次只賺一點(diǎn)兒并通過(guò)多次發(fā)射，用規(guī)模效益和持續(xù)的技術(shù)改進(jìn)，大大降低成本。

雖然2008年是馬斯克最艱難的一年，但是，轉(zhuǎn)機(jī)也在悄然醞釀，那一年奧巴馬當(dāng)選為美國(guó)總統(tǒng)。沒(méi)有奧巴馬政府的推波助瀾，以及NASA在整個(gè)項(xiàng)目過(guò)程中的全方位支持，僅憑馬斯克一家公司，不可能實(shí)現(xiàn)這樣的壯舉。

美國(guó)雖然在冷戰(zhàn)時(shí)期，創(chuàng)造出世界上最先進(jìn)、最復(fù)雜、可以重復(fù)使用的航天飛機(jī)，也曾嘲笑俄羅斯載人飛船的粗糙，時(shí)過(guò)境遷，自己的航天飛機(jī)卻成為NASA最為沉重的成本負(fù)擔(dān)。除了舊式設(shè)計(jì)給宇航員帶來(lái)的安全隱患，雖然航天飛機(jī)可以重復(fù)使用，但是，作為最為復(fù)雜的航天器，每更換一個(gè)零部件，特殊加工設(shè)備和維護(hù)保養(yǎng)人員的高昂成本，越來(lái)越讓美國(guó)政府不堪重負(fù)。當(dāng)然，還有天價(jià)的發(fā)射費(fèi)用，一次發(fā)射費(fèi)用大約需要四五億美元。

正是在這一背景下，上任于美國(guó)財(cái)政赤字和金融危機(jī)等加深之時(shí)的奧巴馬，力主把燒錢(qián)的各種航天計(jì)劃予以停止，這使得新的航天飛機(jī)建造計(jì)劃被撤銷(xiāo)，并提倡與商業(yè)太空公司合作。

于是，就有了 NASA 的 Commercial Crew 項(xiàng)目，一個(gè)類(lèi)似 PPP（政府與社會(huì)資本合作）的模式變革。其主要目標(biāo)之一，就是讓私人企業(yè)（而不是NASA）制造出下一代航天器，將美國(guó)宇航員送上軌道。航天器制造完成之后，這些私人企業(yè)可以通過(guò)運(yùn)營(yíng)航天飛行服務(wù)來(lái)實(shí)現(xiàn)盈利。有觀點(diǎn)曾分析指出，美國(guó)正在開(kāi)展的這項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，一方面有利于加速人才流向美國(guó)已然成熟的民營(yíng)航天產(chǎn)業(yè)。只要人才“藏富于民”，國(guó)家的航天科技人才的可持續(xù)增長(zhǎng)，就有第二個(gè)更為穩(wěn)定的基礎(chǔ)。另一方面，也只有美國(guó)人才敢利用純民間資本做大太空旅游等產(chǎn)業(yè)，蛋糕之大，能吸引人才和就業(yè)人員之多，也是超出估量的。從2010年開(kāi)始，項(xiàng)目第一輪投資約5000萬(wàn)美元，第二輪NASA資助2.7億美元，SpaceX首次出現(xiàn)在名單中。

所以說(shuō)，沒(méi)有NASA的全方位支持，馬斯克徒手難以創(chuàng)造奇跡。

比如火箭人才方面。SpaceX 優(yōu)勢(shì)之一在于擁有幾位經(jīng)驗(yàn)豐富的員工，他們都曾在波音這樣的公司參與過(guò)火箭項(xiàng)目，或者本身就是前宇航員。在技術(shù)層面，通過(guò)直接派駐技術(shù)人員和通過(guò)專(zhuān)利轉(zhuǎn)讓等方式，NASA 幫助 SpaceX 等合作伙伴發(fā)展和驗(yàn)證了關(guān)鍵技術(shù)。NASA開(kāi)放了“阿波羅”計(jì)劃中的部分技術(shù)，支持新興商業(yè)航天企業(yè)參與空間活動(dòng)，如“獵鷹”系列火箭的“灰背隼”（Merlin）發(fā)動(dòng)機(jī)，就是采用了“阿波羅”計(jì)劃登月艙下降級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)的噴管技術(shù)。

SpaceX 還通過(guò)與NASA達(dá)成協(xié)議，買(mǎi)到了PICA隔熱材料的生產(chǎn)工藝。所謂PICA是指Phenolic Impregnated Carbon Ablator，即酚醛浸漬碳燒蝕材料，是NASA阿姆斯研究中心為航天器從深空返回而研發(fā)的高性能燒蝕隔熱材料，可謂該中心幾十年的科研結(jié)晶。這種材料甚至在阿姆斯研究中心的測(cè)試中短暫承受了7000°C、4.9千米/秒的高溫高壓氣體灼燒（這一溫度甚至比太陽(yáng)表面還要高1500攝氏度），被選為星塵號(hào)彗星探測(cè)器返回艙的底部隔熱材料。

“如果到了因?yàn)樗劳龌蛘咂渌麊?wèn)題迫使你交出接力棒的那一天，但是，你的計(jì)劃還一直處于想象之中，你能否平靜地接受這個(gè)現(xiàn)實(shí)？” 幾年前，《萬(wàn)古》（Aeon）雜志記者曾問(wèn)馬斯克這個(gè)很有趣的問(wèn)題?！爱?dāng)然要平靜接受，我已經(jīng)考慮很久了?！瘪R斯克回答，“我一直試著構(gòu)造一個(gè)世界——當(dāng)我不在的情況下，SpaceX依然能夠繼續(xù)它的使命?！薄澳銜?huì)把接力棒交給他們嗎？”記者看著辦公室里馬斯克兒子的照片問(wèn)。

馬斯克曾計(jì)劃把這項(xiàng)事業(yè)交付給一個(gè)或者幾個(gè)機(jī)構(gòu)，但他對(duì)記者說(shuō)，家族影響力也許更加穩(wěn)固，“我只是不想讓這項(xiàng)事業(yè)被那些利欲熏心的私募股權(quán)控制，那將很可怕。”

好個(gè)“家族影響力”，馬斯克的最初計(jì)劃也是在變的，事業(yè)接力棒莫非要傳給兒子？