鄭丹 （中國(guó)酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心）

1 引言

美國(guó)太空探索技術(shù)公司（SpaceX）成立于2002年，僅用20 年的時(shí)間就實(shí)現(xiàn)了火箭發(fā)射入軌、火箭回收復(fù)用、載人航天發(fā)射、“星鏈”星座部署等里程碑式的成果，成為了世界上最負(fù)盛名的商業(yè)航天公司。其像軟件開發(fā)一般的強(qiáng)大的產(chǎn)品迭代能力，被稱為“用寫代碼的方式開發(fā)火箭”[1]。SpaceX 公司的成功不僅得力于美國(guó)政府在政策、資金、技術(shù)和市場(chǎng)方面的大力扶持，也源于其獨(dú)特的發(fā)展模式。SpaceX 公司的創(chuàng)始人埃隆·馬斯克出身硅谷，這讓公司繼承了部分硅谷的精神與互聯(lián)網(wǎng)基因[2]，開創(chuàng)性地把扁平化管理、快速試錯(cuò)、迭代發(fā)展等敏捷項(xiàng)目管理方法應(yīng)用到航天工程中，與傳統(tǒng)航天在效率和成本方面形成了鮮明的對(duì)比。

軟件工程和航天工程都是復(fù)雜的系統(tǒng)工程，都需要一套系統(tǒng)工程方法來(lái)避免質(zhì)量低下、項(xiàng)目延期或者失敗。軟件工程發(fā)展50 多年，經(jīng)歷了由瀑布式開發(fā)到敏捷軟件開發(fā)的逐漸轉(zhuǎn)變過(guò)程，相比傳統(tǒng)軟件開發(fā)，敏捷軟件開發(fā)更能適應(yīng)迅速變化的需求，以較短時(shí)間和較少的成本開發(fā)軟件，如今，敏捷實(shí)踐已成為眾多高效能軟件組織的致勝之道[3]。航天工程也由傳統(tǒng)航天的瀑布管理模式，出現(xiàn)了以SpaceX 公司為代表的“敏捷”模式，對(duì)傳統(tǒng)航天的效益提出了挑戰(zhàn)。

敏捷軟件開發(fā)又稱敏捷開發(fā)，2001 年，一些軟件專家發(fā)表了敏捷宣言，標(biāo)志著敏捷軟件開發(fā)方法的誕生，敏捷宣言中的價(jià)值觀分為四個(gè)方面：①個(gè)體和交互勝過(guò)過(guò)程和工具；②可以工作的軟件勝過(guò)面面俱到的文檔；③客戶合作勝過(guò)合同談判；④響應(yīng)變化勝過(guò)遵循計(jì)劃[4]。經(jīng)過(guò)20 余年的實(shí)踐，如今，“敏捷”已成為涵蓋各種價(jià)值觀、原則和實(shí)踐方法的統(tǒng)稱，也不再是不可分割的概念，不同的組織會(huì)關(guān)注不同的敏捷要點(diǎn)，可以自由地實(shí)施針對(duì)本領(lǐng)域更有效的敏捷要點(diǎn)[3]，而SpaceX 公司為我們提供了商業(yè)航天實(shí)踐“敏捷”的典范。以史為鑒，本文分析了傳統(tǒng)軟件開發(fā)向敏捷軟件開發(fā)的轉(zhuǎn)變過(guò)程，對(duì)比傳統(tǒng)航天模式向“敏捷”航天模式的轉(zhuǎn)變，從敏捷軟件開發(fā)的迭代開發(fā)、重構(gòu)、代碼的集體所有權(quán)、自動(dòng)化測(cè)試、盡早試錯(cuò)、消除重復(fù)代碼這6 個(gè)敏捷要點(diǎn)，深入分析SpaceX 公司發(fā)展的關(guān)鍵理念，希望能為國(guó)內(nèi)商業(yè)航天的發(fā)展提供參考。還有很多有效的敏捷要點(diǎn)，例如：簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)、簡(jiǎn)化文檔、客戶合作等，沒(méi)有在本文中給出，可以參考相關(guān)的敏捷開發(fā)文獻(xiàn)。

2 迭代開發(fā)

敏捷軟件開發(fā)中的迭代開發(fā)

傳統(tǒng)的瀑布式軟件開發(fā)按照需求分析、設(shè)計(jì)、編碼、集成、測(cè)試及維護(hù)等步驟順序進(jìn)行，具有較長(zhǎng)的發(fā)布周期[3]。敏捷軟件開發(fā)的核心思想是迭代式開發(fā)，即將開發(fā)過(guò)程拆分成多個(gè)小周期，每個(gè)小周期都執(zhí)行同樣的流程（需求分析、設(shè)計(jì)、編碼、集成、測(cè)試及維護(hù)等步驟），每個(gè)“小周期”都會(huì)新增一個(gè)用戶可以感知的完整功能，通過(guò)盡早、持續(xù)交付有價(jià)值的軟件使客戶滿意[1]。

傳統(tǒng)的瀑布式軟件開發(fā)首先要有一個(gè)良好的設(shè)計(jì)，然后才能開始編碼，因此非常重視詳細(xì)的預(yù)先規(guī)劃、需求分析和設(shè)計(jì)。而敏捷開發(fā)在整個(gè)開發(fā)過(guò)程中都會(huì)響應(yīng)用戶的需求而不斷調(diào)整，因此，通常只做一點(diǎn)點(diǎn)預(yù)先規(guī)劃、需求分析和設(shè)計(jì)，而將大部分詳細(xì)規(guī)劃、需求分析和設(shè)計(jì)留到之后完成[4]，這樣就不會(huì)浪費(fèi)時(shí)間去準(zhǔn)備那些可能在后期被拋棄的詳細(xì)規(guī)劃、需求分析和設(shè)計(jì)[3]，更適應(yīng)客戶需求和市場(chǎng)的不斷變化。

迭代開發(fā)在SpaceX 公司的發(fā)展壯大中發(fā)揮了重要作用

SpaceX 公司采用了迭代開發(fā)模式，它首先設(shè)定一個(gè)不是那么廣大的目標(biāo)，先往前走，達(dá)到目標(biāo)，給予市場(chǎng)一定的信心之后，再往前走一步，降低了開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，能夠快速變更產(chǎn)品的技術(shù)狀態(tài)，擁有了強(qiáng)大的履約能力。

（1）降低了開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)

SpaceX 公司的愿景是將人類送到火星，但是，它并不是一開始就造大火箭，而是先造一個(gè)最簡(jiǎn)陋的小火箭獵鷹-1（Falcon-1）積累經(jīng)驗(yàn)，在獵鷹-1第4 次飛行試驗(yàn)成功后，再研發(fā)中型火箭獵鷹-9，并于2008 年首飛成功，獲得了創(chuàng)始人基金2000 萬(wàn)美元的投資，然后再研發(fā)“獵鷹重型”（Falcon Heavy）火箭，最后才研發(fā)能夠登陸火星的“超重-星艦”（Super-heavy Starship）運(yùn)載系統(tǒng)[5]。

（2）快速變更產(chǎn)品技術(shù)狀態(tài)的能力

傳統(tǒng)航天主張?jiān)谇捌谠O(shè)計(jì)中盡量暴露風(fēng)險(xiǎn)以降低錯(cuò)誤成本，因此在前期設(shè)計(jì)階段會(huì)投入很多時(shí)間和精力，產(chǎn)品技術(shù)狀態(tài)將嚴(yán)格遵循前期設(shè)計(jì)結(jié)果，通常不會(huì)出現(xiàn)較大的變化。而SpaceX 公司的產(chǎn)品開發(fā)并不完全追求完美的設(shè)計(jì)，而是快速測(cè)試、快速失敗、快速迭代，也就擁有了快速變更產(chǎn)品技術(shù)狀態(tài)的能力，更能適應(yīng)不斷變化的市場(chǎng)需求。例如，公司能夠根據(jù)美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）的安全性要求，把第二代“龍”（Dragon）飛船的著陸方式由反推發(fā)動(dòng)機(jī)改回到傘降著陸；果斷叫停獵鷹-5 空射液體火箭的研制，擺脫了對(duì)載機(jī)的依賴；在“獵鷹重型”火箭運(yùn)載能力提高的情況下，順勢(shì)取消了原定的推進(jìn)劑交叉輸送技術(shù)，降低了技術(shù)復(fù)雜度；在傘降回收火箭效果不好時(shí)，毅然改為垂直降落回收方案，取得了舉世矚目的成績(jī)[6]。

（3）強(qiáng)大的履約能力

SpaceX 公司通過(guò)不斷重復(fù)“規(guī)劃、設(shè)計(jì)、制造、測(cè)試”的迭代開發(fā)降低了整體成本，實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)大的履約能力。獵鷹-9 火箭的研制周期為4 年半，研制費(fèi)約3 億美元，而NASA 內(nèi)部曾估算，如果自己制造獵鷹-9 火箭將花費(fèi)17 億～40 億美元[7]；“獵鷹重型”火箭研制費(fèi)約5 億美元；“龍”飛船的研制周期為4 年，研制費(fèi)用約為3 億美元，而日本“鸛”（HTV）貨運(yùn)飛船研制費(fèi)用約為8.5 億美元，歐洲航天局（ESA）“自動(dòng)貨運(yùn)飛船”（ATV）研制費(fèi)用約為19 億美元。

3 重構(gòu)

敏捷軟件開發(fā)中的重構(gòu)

在軟件開發(fā)過(guò)程中，隨著不斷添加新功能和修改軟件錯(cuò)誤，最初設(shè)計(jì)的軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)逐漸退化，代碼質(zhì)量也逐漸變差[8]。敏捷軟件開發(fā)通過(guò)“重構(gòu)”來(lái)應(yīng)對(duì)這種情況?！爸貥?gòu)”就是在不改變代碼外部行為的前提下，對(duì)其進(jìn)行一系列微小的改造，以改善程序的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)[8]。重構(gòu)的每個(gè)步驟都很簡(jiǎn)單，因此執(zhí)行的速度非?？?，但是，這些微小的修改積累起來(lái)就可以從根本上改善軟件的設(shè)計(jì)，“重構(gòu)”使軟件開發(fā)不再依賴前期設(shè)計(jì)的完美性[8]。

SpaceX 持續(xù)開展全方位的“重構(gòu)”

SpaceX 公司采用敏捷軟件開發(fā)中的“重構(gòu)”理念，持續(xù)對(duì)產(chǎn)品、生產(chǎn)方式、管理模式進(jìn)行“重構(gòu)”，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品快速迭代升級(jí)和生產(chǎn)效率的不斷提升。

（1）產(chǎn)品的快速迭代升級(jí)

傳統(tǒng)航天在“保成功”的壓力下，遵守著“如果可以運(yùn)行，就不要改變它”的工程理念，在不得不改變的情況下，也需要充分的分析驗(yàn)證和繁瑣的變更程序，因此，產(chǎn)品技術(shù)狀態(tài)、生產(chǎn)方式和管理模式的更新較慢。SpaceX 公司通過(guò)對(duì)產(chǎn)品持續(xù)改良，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品快速迭代升級(jí)。例如，“灰背隼”（Merlin）發(fā)動(dòng)機(jī)最開始的推力只有30t，但它通過(guò)不斷改良，研發(fā)了灰背隼-1A、1B、1C、1D、1D+，比沖接近分級(jí)燃燒的發(fā)動(dòng)機(jī)，推力達(dá)到了109t，推重比達(dá)到了驚人的232[9]。獵鷹-9 火箭從2005 年到2018 年的14 年間研發(fā)了v1.0、v1.1、v1.2、v1.2Block4、v1.2Block5 等版本，同步轉(zhuǎn)移軌道運(yùn)載能力從4.5t一路提升到8.3t。從獵鷹-1 首飛到“獵鷹重型”第一次發(fā)射，10 年的時(shí)間，經(jīng)歷了多個(gè)迭代版本，SpaceX 公司將運(yùn)載火箭的運(yùn)力提高了15 倍。

（2）生產(chǎn)效率的持續(xù)提高

SpaceX 公司使用數(shù)字化的生產(chǎn)方式來(lái)避免傳統(tǒng)航天緩慢的方案流程以及昂貴的改動(dòng)成本[10]。公司曾耗時(shí)幾個(gè)月將一些現(xiàn)成的軟件和工具重新組合起來(lái)，以提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的效率。例如，使用NX和Teamcenter 軟件進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)、模擬和數(shù)據(jù)管理；使用Leap Motion 體感控制器操控零件模型，工程師們只需了解模型的構(gòu)建與交互原理，就可以通過(guò)手勢(shì)操控和編輯零件模型，然后通過(guò)3D 打印機(jī)制成金屬合金材料的原型；通過(guò)NX 軟件為整個(gè)獵鷹-1 和獵鷹-9 火箭以及“龍”飛船建模，僅需5 ～10min即可加載25000 個(gè)組件[10]，加快了產(chǎn)品設(shè)計(jì)的速度。

（3）管理模式的不斷改進(jìn)

SpaceX 不斷在經(jīng)營(yíng)模式上改進(jìn)，以適應(yīng)其生產(chǎn)需求。例如，在SpaceX 成立初期，沒(méi)有專門的質(zhì)量管理部門，SpaceX 的質(zhì)量人員分布在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、試驗(yàn)、測(cè)試、發(fā)射等各個(gè)環(huán)節(jié)，隨著公司規(guī)模的擴(kuò)大，為適應(yīng)設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力，質(zhì)量管理部門也應(yīng)運(yùn)而生[11]。

4 代碼的集體所有權(quán)

敏捷軟件開發(fā)中的代碼集體所有權(quán)

敏捷軟件開發(fā)中的“重構(gòu)”需要“代碼的集體所有權(quán)”作為保障。如果編程人員沒(méi)有全部軟件的所有權(quán)，那么他只能修改本系統(tǒng)的代碼，對(duì)其他系統(tǒng)的代碼不能修改，而當(dāng)一次“重構(gòu)”涉及多個(gè)系統(tǒng)時(shí)，這個(gè)“重構(gòu)”就會(huì)困難重重。因此，為了實(shí)現(xiàn)“重構(gòu)”，開發(fā)團(tuán)隊(duì)的每個(gè)人都需具有修改全部代碼的權(quán)利。同時(shí)，“代碼的集體所有權(quán)”要求開發(fā)團(tuán)隊(duì)的每個(gè)人必須熟練掌握“重構(gòu)”技術(shù)，以避免低水平的編程人員隨意修改“代碼”，反而會(huì)降低軟件的質(zhì)量，因此，敏捷軟件開發(fā)團(tuán)隊(duì)的人員通常少而精干。

SpaceX 創(chuàng)建了能對(duì)全產(chǎn)業(yè)流程進(jìn)行“重構(gòu)”的經(jīng)營(yíng)模式

SpaceX 公司為了順暢地開展“重構(gòu)”，采用了扁平化的管理方式，確保公司每個(gè)成員都可以平等地提出對(duì)公司任何環(huán)節(jié)的改善建議；采用了“縱向一體化”研制模式，打通對(duì)全產(chǎn)業(yè)流程上進(jìn)行“重構(gòu)”的壁壘。

（1）扁平化的管理模式

傳統(tǒng)航天一般采用“等級(jí)式”金字塔狀的管理架構(gòu)，管理鏈條較長(zhǎng)[12]，工程師們一般只對(duì)自己的工作負(fù)責(zé)，對(duì)與自己無(wú)關(guān)的工作幾乎沒(méi)有發(fā)言權(quán)。而SpaceX 公司采用了扁平化的管理模式，有意識(shí)地模糊部門的界限以促進(jìn)信息交流[13]。在一個(gè)有6000 名員工的公司內(nèi)，從普通工程師到馬斯克之間的管理層級(jí)大約是4 ～5 層，各領(lǐng)域的員工平等地參與技術(shù)研討、設(shè)計(jì)和開發(fā)等工作，很多新的想法都能夠快速地傳遞到高級(jí)管理層，而高級(jí)管理層也通常直接和公開地認(rèn)可員工取得的成績(jī)[14]。

（2）創(chuàng)建精英團(tuán)隊(duì)

SpaceX 公司通過(guò)高薪招聘精英成員，并對(duì)公司成員進(jìn)行交叉培訓(xùn)，公司中每個(gè)人都可以更多地參與開發(fā)過(guò)程[13]，“少而精”的模式提高了整個(gè)公司的運(yùn)營(yíng)效率。

（3）提高信息交流效率

傳統(tǒng)航天的各部門、各廠所之間的溝通手段相對(duì)匱乏，而SpaceX 公司通過(guò)建立一套完善的企業(yè)信息系統(tǒng)來(lái)支持研發(fā)、制造、采購(gòu)等業(yè)務(wù)流程，提高信息交流的效率[14]。例如，采購(gòu)人員可以從系統(tǒng)中下訂單補(bǔ)充原材料和零部件的庫(kù)存，工程師可以在系統(tǒng)中利用上述原材料和零部件來(lái)完成設(shè)計(jì)方案和工藝文件，最終生產(chǎn)部門的技師根據(jù)系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)來(lái)查看每天需要完成的工作。公司除去發(fā)射場(chǎng)的員工外，不同業(yè)務(wù)部門的員工都集中在同一個(gè)開放的大型辦公場(chǎng)所內(nèi)，降低了交流的門檻和限制，將交流上的錯(cuò)誤和不準(zhǔn)確最小化[14]。

（4）縱向一體化的研制模式

SpaceX 采用縱向一體化的研制模式，實(shí)現(xiàn)了火箭研發(fā)、生產(chǎn)、試驗(yàn)、發(fā)射、銷售和運(yùn)營(yíng)等全產(chǎn)業(yè)流程的集成[14]，使公司能夠在全產(chǎn)業(yè)流程上開展“重構(gòu)”。在生產(chǎn)方面，獵鷹-9 火箭的生產(chǎn)線以及所有關(guān)鍵部件、結(jié)構(gòu)和電氣設(shè)備的制造全都位于公司總部0.05km2的廠房?jī)?nèi)；在試驗(yàn)方面，公司在得克薩斯州建造了面積為1.2km2的先進(jìn)試驗(yàn)場(chǎng)，能夠獨(dú)立完成大多數(shù)的關(guān)鍵試驗(yàn)[14]；在第三方服務(wù)上，公司不會(huì)讓供應(yīng)商提供火箭的關(guān)鍵部件，像發(fā)動(dòng)機(jī)、子級(jí)、級(jí)間段、貯箱、整流罩、熱防護(hù)和電氣設(shè)備等大部分關(guān)鍵部件是由公司自己完成的，絕大多數(shù)供應(yīng)商都僅提供機(jī)械加工服務(wù)或者商業(yè)現(xiàn)貨部件[14]。同時(shí)，SpaceX 公司對(duì)供應(yīng)商的篩選也有非常嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)估流程，以保證可靠性、成本及可用性。由于公司對(duì)于供應(yīng)商的依賴度大幅降低，消除了在進(jìn)度、技術(shù)性能方面的風(fēng)險(xiǎn)。縱向一體化讓SpaceX 公司對(duì)研發(fā)、設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)等所有關(guān)鍵流程具有全面的控制權(quán)，能夠以最快的速度完成設(shè)計(jì)變更，確保生產(chǎn)進(jìn)度，壓縮時(shí)間成本，并且對(duì)火箭及其部件有更深入的認(rèn)識(shí)和理解，實(shí)現(xiàn)更好的質(zhì)量控制和更高的可靠性水平[14]。

5 自動(dòng)化測(cè)試

敏捷軟件開發(fā)的“自動(dòng)化測(cè)試”

傳統(tǒng)軟件開發(fā)的測(cè)試通常安排在項(xiàng)目后期進(jìn)行，并且由專門人員編寫測(cè)試代碼和用例，然后把測(cè)試結(jié)果反饋給編程人員，因此，測(cè)試與編程是分開的活動(dòng)。由于軟件排故的成本越往后越高，這種“最后測(cè)試模式”導(dǎo)致軟件開發(fā)整體成本較高。敏捷軟件開發(fā)為了避免在頻繁地“重構(gòu)”過(guò)程中引入不可避免的錯(cuò)誤，在軟件開發(fā)階段就持續(xù)開展“自動(dòng)化測(cè)試”，即測(cè)試代碼和產(chǎn)品代碼都由軟件開發(fā)人員完成，一起放在軟件里，并且自動(dòng)運(yùn)行，即軟件對(duì)自己本身進(jìn)行測(cè)試并檢查測(cè)試結(jié)果[8]。

在傳統(tǒng)軟件開發(fā)中，“測(cè)試”強(qiáng)調(diào)覆蓋性，這種理念產(chǎn)生的測(cè)試代碼極為龐大和復(fù)雜，無(wú)論編碼還是測(cè)試過(guò)程都比較緩慢。在敏捷軟件開發(fā)中，“測(cè)試”是一種風(fēng)險(xiǎn)驅(qū)動(dòng)的行為，對(duì)軟件容易出錯(cuò)的邊界條件等高風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)開展測(cè)試，而不會(huì)對(duì)非常簡(jiǎn)單的函數(shù)進(jìn)行測(cè)試，確保從“測(cè)試”工作獲得最大效益[8]。

SpaceX 的自動(dòng)化測(cè)試

SpaceX 公司為了提高測(cè)試的效率，不僅面向風(fēng)險(xiǎn)開展測(cè)試，還在飛行過(guò)程中實(shí)現(xiàn)了在線監(jiān)測(cè)重構(gòu)技術(shù)，進(jìn)一步提高飛行可靠性。

（1）面向風(fēng)險(xiǎn)開展測(cè)試

SpaceX 公司除了對(duì)其產(chǎn)品進(jìn)行從部件到系統(tǒng)的一系列詳盡的測(cè)試，還對(duì)全部硬件都測(cè)試非標(biāo)準(zhǔn)條件的工作狀態(tài)[11]，進(jìn)一步提高產(chǎn)品的可靠性。并且，針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火的高風(fēng)險(xiǎn)性，利用了發(fā)動(dòng)機(jī)可重復(fù)使用的優(yōu)勢(shì)，開創(chuàng)了發(fā)射臺(tái)上的靜態(tài)點(diǎn)火測(cè)試模式，進(jìn)一步提高了飛行可靠性。

（2）自主研發(fā)測(cè)試工具

傳統(tǒng)航天的測(cè)試自動(dòng)化水平較低，“測(cè)試”成本占總成本的比例較大[15]。SpaceX 公司為了提高測(cè)試的效率，降低測(cè)試成本，自主研發(fā)了各種測(cè)試工具。例如，公司研發(fā)了火箭發(fā)射測(cè)試臺(tái)，把火箭所需的所有硬件和電子設(shè)備的測(cè)試版本鋪在金屬臺(tái)面上，用于模擬火箭的發(fā)射升空飛行過(guò)程[16]，在火箭測(cè)試和排故中發(fā)揮了重要作用。在獵鷹-9 某次發(fā)射準(zhǔn)備中，突然發(fā)現(xiàn)一個(gè)軟件錯(cuò)誤，先通過(guò)火箭發(fā)射測(cè)試臺(tái)測(cè)試修改后的文件，然后再把文件上傳給火箭，整個(gè)過(guò)程不到30min，最后火箭發(fā)射成功，據(jù)該公司的資深工程師分析，如果此類情況發(fā)生在NASA，只能等待3周之后再重新發(fā)射[16]。在焊接“星艦”不銹鋼箭體時(shí)，公司開發(fā)了一種屏蔽X 射線機(jī)來(lái)檢查焊接質(zhì)量，僅需要幾個(gè)小時(shí)就可以完成“星艦”的焊縫檢測(cè)，提高了檢測(cè)工作的效率。

（3）在線監(jiān)測(cè)和重構(gòu)技術(shù)

傳統(tǒng)航天受限于箭載計(jì)算機(jī)的硬件水平，測(cè)試工作通常由地面系統(tǒng)在起飛前完成，在飛行過(guò)程中不再進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)或重構(gòu)。而SpaceX 公司則應(yīng)用智能化的飛行軟件進(jìn)一步提高飛行的可靠性。例如，使用“發(fā)動(dòng)機(jī)在線監(jiān)測(cè)和重構(gòu)”技術(shù)，使獵鷹-9 火箭在飛行過(guò)程中，即使一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)推力喪失，也可以通過(guò)在線調(diào)節(jié)其他發(fā)動(dòng)機(jī)的推力實(shí)現(xiàn)入軌。

6 盡早試錯(cuò)

敏捷軟件開發(fā)中的“盡早試錯(cuò)”

敏捷軟件開發(fā)依賴于犯些“預(yù)期的探索性錯(cuò)誤”，即在對(duì)結(jié)果沒(méi)有十足把握的情況下仍然做出決策，且不論最終結(jié)果如何，都從結(jié)果中學(xué)習(xí)[3]。復(fù)雜的軟件項(xiàng)目不僅依賴于從錯(cuò)誤中學(xué)習(xí)，還需盡早試錯(cuò)，因?yàn)楫?dāng)軟件需求連用戶都說(shuō)不清楚的時(shí)候，傳統(tǒng)的軟件開發(fā)是無(wú)法開展的，而敏捷軟件開發(fā)卻能通過(guò)盡早試錯(cuò)和迭代開發(fā)，迅速找出用戶的真實(shí)需求[3]。盡早試錯(cuò)意味著失敗的平凡化，因此，創(chuàng)造一種必要時(shí)毫不猶豫犯錯(cuò)的組織文化是很重要的，他們很高興犯錯(cuò)，否則可能永遠(yuǎn)都不會(huì)增進(jìn)對(duì)某些事情的理解[3]。

SpaceX“盡早試錯(cuò)”模式

SpaceX 公司采用“盡早試錯(cuò)”理念，在開發(fā)的整個(gè)過(guò)程中通過(guò)頻繁試錯(cuò)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的快速迭代和功能優(yōu)化。

（1）“盡早試錯(cuò)”的理念

傳統(tǒng)航天項(xiàng)目采用瀑布式開發(fā)模式，研制流程按照可行性論證、方案設(shè)計(jì)、初樣研制、正樣研制、飛行試驗(yàn)等階段順序開展，為了降低錯(cuò)誤成本，在前期設(shè)計(jì)階段會(huì)投入很多時(shí)間和精力。而SpaceX 公司則采用“盡早試錯(cuò)”的理念，節(jié)省了大量的設(shè)計(jì)分析時(shí)間，是實(shí)現(xiàn)快速迭代的重要技術(shù)途徑。正如工程師大衛(wèi)·吉格所說(shuō)：“我們不會(huì)坐在那里分析某個(gè)產(chǎn)品好幾年，SpaceX 是建立在測(cè)試基礎(chǔ)上的[13]?！?/p>

（2）“寬容失敗”的組織文化

SpaceX 公司建立了“寬容失敗”的組織文化和工作氛圍，鼓勵(lì)員工勇于創(chuàng)新接受失敗，失敗對(duì)他們來(lái)說(shuō)只不過(guò)是一次好的經(jīng)歷罷了[17]。當(dāng)媒體問(wèn)到為什么總是失敗時(shí)，馬斯克輕松回答：“我們每次試驗(yàn)都有目標(biāo)”[18]。傳統(tǒng)航天通常承擔(dān)國(guó)家賦予的重大項(xiàng)目，飛行試驗(yàn)被安排在項(xiàng)目后期，用來(lái)驗(yàn)證整個(gè)項(xiàng)目的正確性，往往具有重要的政治意義和社會(huì)影響，這種前提下的“失敗”不可能是一種好的經(jīng)歷。

（3）“盡早試錯(cuò)”的型號(hào)研發(fā)

SpaceX 公司在其各型號(hào)項(xiàng)目中均遵循“快速試錯(cuò)”理念，將成功建立在屢次失敗的經(jīng)驗(yàn)之上。例如，SpaceX 在驗(yàn)證獵鷹-9火箭可重復(fù)使用技術(shù)過(guò)程中，利用多型驗(yàn)證機(jī)進(jìn)行試飛，連續(xù)失敗多次還是堅(jiān)持向世界展示飛行試驗(yàn)。在“超重-星艦”研發(fā)中，也是建造了多型驗(yàn)證機(jī)，通過(guò)頻繁試錯(cuò)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的迭代和功能的優(yōu)化[2]。

7 消除重復(fù)代碼

敏捷軟件開發(fā)的消除重復(fù)代碼

軟件代碼重復(fù)的原因很多，最常見(jiàn)的操作是在添加新功能時(shí)，找到一段類似功能的代碼，然后稍加修改使用。重復(fù)代碼相當(dāng)于自找麻煩，因?yàn)?，一旦這種代碼中有一個(gè)錯(cuò)誤，很難找到全部類似的代碼進(jìn)行修改，并且由于這些代碼并非完全相同，還需要逐個(gè)進(jìn)行分析判斷和修改。因此，敏捷軟件開發(fā)中的一個(gè)重要原則就是消除重復(fù)代碼，即避免對(duì)同一功能進(jìn)行重復(fù)設(shè)計(jì)。

SpaceX 避免重復(fù)設(shè)計(jì)

SpaceX 公司通過(guò)火箭部件的通用化，避免了對(duì)具有相同功能的部件進(jìn)行重復(fù)設(shè)計(jì)；通過(guò)構(gòu)型收縮，避免了火箭型號(hào)的重復(fù)設(shè)計(jì)；通過(guò)繼承現(xiàn)有技術(shù)，避免了對(duì)關(guān)鍵技術(shù)的重復(fù)研究。

（1）火箭部件的標(biāo)準(zhǔn)化和通用化

在傳統(tǒng)航天里，對(duì)同一功能進(jìn)行重復(fù)設(shè)計(jì)并不罕見(jiàn)。例如，同一枚火箭上采用了多種型號(hào)的電池，這些電池的性能、裝配工藝和維護(hù)方法都存在或多或少的差異；火箭每一級(jí)的發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)也都不同，有的甚至推進(jìn)劑都不相同。雖然這些差異性實(shí)現(xiàn)了性能上的最優(yōu)，在一定程度上提高了火箭的運(yùn)載能力，但也導(dǎo)致了生產(chǎn)、裝配和維護(hù)過(guò)程中的額外成本。當(dāng)每年僅發(fā)射數(shù)枚火箭時(shí)，這些額外的人力成本并不突出，但是當(dāng)火箭大批量生產(chǎn)時(shí)，這些額外成本就會(huì)妨礙整體成本的降低。SpaceX 公司實(shí)現(xiàn)了火箭部件的標(biāo)準(zhǔn)化和通用化，通過(guò)批量生產(chǎn)的方式降低了設(shè)計(jì)費(fèi)用及生產(chǎn)成本[19]。例如，獵鷹-9 火箭一級(jí)使用9 臺(tái)相同的發(fā)動(dòng)機(jī)，二級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)是在一級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)上的高空改進(jìn)版，基本相同的發(fā)動(dòng)機(jī)給生產(chǎn)帶來(lái)了極大便利，同時(shí)大大降低了生產(chǎn)成本和生產(chǎn)周期；“獵鷹重型”火箭在獵鷹-9 火箭的基礎(chǔ)上，增加了兩個(gè)助推器，助推器與獵鷹-9 的芯一級(jí)基本相同，僅僅做了結(jié)構(gòu)增強(qiáng)及部分適應(yīng)性改進(jìn)；全箭只采用一種推進(jìn)劑，減少了發(fā)射場(chǎng)的推進(jìn)劑保障難度；“龍”飛船分為載貨型和載客型兩種，除了座椅、舷窗、駕駛控制系統(tǒng)、生命保障系統(tǒng)、發(fā)射中止系統(tǒng)等外，其乘員艙和貨運(yùn)艙的結(jié)構(gòu)幾乎完全相同，可以在兩種功能間快速切換，實(shí)現(xiàn)客貨兩用[13]。

（2）構(gòu)型收縮

獵鷹-9 火箭以善于改進(jìn)、逐步優(yōu)化著稱，但是只要完成改進(jìn)，SpaceX 公司就會(huì)迅速放棄前序狀態(tài)，將所有火箭構(gòu)型歸結(jié)為最終狀態(tài)，比如目前只有獵鷹-9 Block5 火箭這樣一種構(gòu)型，構(gòu)型收縮有利于公司維護(hù)產(chǎn)品技術(shù)狀態(tài)、組織生產(chǎn)制造和發(fā)射[20]，免除了不同型號(hào)微小差異帶來(lái)的額外維護(hù)成本。

（3）繼承現(xiàn)有技術(shù)

SpaceX 公司并不是從零開始研發(fā)，而是通過(guò)繼承、組合和改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)，避免重復(fù)設(shè)計(jì)。例如，“灰背隼”發(fā)動(dòng)機(jī)直接來(lái)源于“阿波羅”（Apollo）計(jì)劃中的登月艙下降發(fā)動(dòng)機(jī)；發(fā)動(dòng)機(jī)控制芯片的硬件與自動(dòng)取款機(jī)（ATM）芯片同款[21]；燃料箱焊接技術(shù)來(lái)自美國(guó)航天飛機(jī)成果；獵鷹-9 火箭一子級(jí)回收的凸優(yōu)化算法源于美國(guó)火星著陸項(xiàng)目等。公司通過(guò)繼承現(xiàn)有技術(shù)，降低了開發(fā)難度和成本，迅速發(fā)展成為商業(yè)航天的翹楚。

8 結(jié)束語(yǔ)

本文從敏捷軟件開發(fā)的角度分析了SpaceX 公司快速發(fā)展背后的理念和技術(shù)支撐。公司在經(jīng)營(yíng)理念、管理模式、技術(shù)創(chuàng)新等方面的各種做法，從表面上看，其中的任何一個(gè)都不是發(fā)展航天所必需的技術(shù)途徑，都是傳統(tǒng)航天從其他方面可以補(bǔ)償或者替換的，但是從敏捷軟件開發(fā)的角度來(lái)看，公司的這些舉措都是適應(yīng)“敏捷”需求的，各種舉措互為支撐和保障，才最終實(shí)現(xiàn)了低成本、高可靠、快速發(fā)展的目標(biāo)。其他商業(yè)航天公司若想借鑒SpaceX 公司的敏捷發(fā)展模式，僅僅采納它的“零星”舉措是不夠的，應(yīng)從整體上去學(xué)習(xí)SpaceX 公司敏捷發(fā)展的一系列原則、理念和實(shí)踐。