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[SpaceX]为什么国内没有诞生SpaceX这样的公司

  马斯克同时也是著名电动车企业特斯拉的老板。该公司与SpaceX一样精于新媒体营销:专利没多少,名气却很响,依靠优良的外观和人机界面设计,其产品给人感觉高端大气上档次。然而特斯拉公司大量购买业界其他企业的成熟标准件,然后加以自行拼凑组装,并依靠死命堆电池“解决”纯电动车的续航问题。可以说,马斯克掌握的这两家企业,其有着相似的企业文化内核。

  梅林1C基本固定了当前经典版梅林引擎的所有特性。在其基础上开发的1D,则是进一步的减重与优化设计。最终,在设计团队的竭尽所能之下,其燃烧室压力较之1C提高了近五分之二,接近100个标准大气压力,使得性能有了大幅的提高。

  所谓回热冷却,就是设计一组专门环绕燃烧室和喷嘴的管路,将燃料首先流经燃烧室和喷口的外壁再注入燃烧室。既冷却了发动机又可以预热燃料。但其较为复杂的结构,也增加了引擎开发的难度和风险。

  那么,分级燃烧循环模式和燃气发生器循环模式到底有何区别?前者在燃烧循环时,将推动涡轮泵做功的废气压入燃烧室再次进行燃烧,最大限度利用燃气的能量。而后者,为了最大限度简化设计、采取直接将废气一排了事的“简单粗暴”态度,以求最大限度减少发动机的干质量。因为分级燃烧循环充分利用了涡轮泵废气的能量,可以大幅度提高涡轮功率、进而提高燃烧室压力,显著提高了发动机比冲。对于燃气发生器循环,涡轮废气的能量被浪费了,涡轮泵的功率越高、这种浪费越严重,到了一定程度、浪费的废气能量高于燃烧室压力提高带来的好处,得不偿失;所以燃气发生器循环的燃烧室压力较低,比冲明显低于分级燃烧循环。

  正在试车中的梅林1D引擎,注意右侧管路中排出的气流,这是涡轮泵排出的废气,燃气发生器循环模式的典型特征

  纵观美国航天界琳琅满目的火箭发动机货架,比之更优秀的产品比比皆是。例如航天飞机的主发动机,大名鼎鼎的洛克达因产航天飞机主发动机(SSME)。其采用液氢液氧燃料、高压补燃循环、可以重复使用,海平面比冲达366s、海平面推力约190吨。其性能不知甩开梅林1D几条大街。尤其是其具备高达452s的真空比冲!相较而言,梅林1D仅有可怜的310s。那么,既然费尽周章完成的梅林1D实际上是个半吊子,市面上也有着远比它强大的引擎,那么为何公司不老老实实掏钱去买现成的好发动机呢?

  车间内组装完成的梅林1C引擎

  众所周知,SpaceX的创始人艾隆·马斯克并非航天专业出身,但是自创办SpaceX以来,他搞得有声有色。这一切是怎么做到的?

  然而,换用回热冷模式却和SpaceX的技术发展宗旨是背道而驰的。众所周知,梅林引擎在立项伊始,就被定义为一种结构尽可能简单的高性价比引擎。也因为这个思路,没有选用技术难度更大、但是比冲更高的分级燃烧循环,而是结合美国的技术积累情况,走了较为简单、低成本、低风险的燃气发生器循环模式——因为阿波罗计划的牵引,上世纪60年代,美国在液氧煤油燃料、燃气发生器循环领域作了大量工作,技术积累非常丰厚,但是此后的研发重点就转向了液氢液氧燃料、高压补燃循环(分级燃烧循环的一种)发动机,对液氧煤油发动机研发投入不多。

  最吸引眼球的是——迄今为止猎鹰9号回收型,共进行了6次第一级垂直回收试验,有一次获得圆满成功(载荷入轨+回收成功),剩下的几次也部分成功(载荷入轨+回收失败)。

  下面,让我们离开神话和赞语,从各个方面去对这家企业去做一个剖析,以期待对其成功做出有益的解读。

  于是乎,随着红隼上面级引擎靠边站,SpaceX终于用一种发动机满足了所有需要。而其技术始于各类明的暗的的技术输入渠道,基于各种低成本概念的堆砌。公司方面,要做的只是在享有技术的基础上进行开发和改进。这种策略最终极大地摊薄了研发成本,更是有利于组织批量生产、控制成本、提升质量。最终,以最经济的价格生产出适用的引擎。

  自从2010年起,美国的太空探索技术公司(以下简称SpaceX)已近乎发展成为了一种流行文化。有狂热的粉丝、也有相关的文化图腾、更有无数力挺的跨界著名关注者,至于在航天业界的同行们,无论是否对其认可,都已无法忽略这家企业。其名之盛,以至于目前其相关新闻已被国内许多营销团体或者个人包装用于各类营销目的。

  众所周知,发动机是决定运载火箭性能的最关键因素,也是决定一枚火箭的基础。没有合适的发动机,就不存在火箭。因为运载火箭几乎就是围绕着发动机来进行设计的。而目前,除去尚在试制阶段的,采用液氧甲烷燃料的猛禽(Raptor)上面级引擎,以及随着猎鹰9火箭投入使用而靠边站的红隼(Kestrel)上面级引擎,采用液氧煤油燃料的梅林发动机是SpaceX目前唯一的台柱。

  最后,必须要简单谈一下的是猎鹰9号火箭第二子级主发动机真空梅林(Merlin vacuum)。顾名思义,真空梅林的实质还是梅林。它是在起飞机型号的基础上,采用大面积比的高空喷管改进获得。与梅林1版本基本是继承性的关系,只是专门优化了真空比冲性能。

  分级燃烧循环模式(左)与燃气发生器循环模式(右)构造对比

  这,也是SpaceX努力推进“猛禽”(Raptor)甲烷液氧发动机研制工作的根本原因。关于这种引擎,我们下文分解。

  洛克达因公司的RS-25,或者直接称之为“航天飞机主发动机”(SSME)。至今其仍是最出色的氢氧火箭发动机之一。价格昂贵是它唯一的缺点

  实际上,目前目前声名大噪的猎鹰9号运载火箭的成功之处,就在于其采用了梅林这样的“大路货”。但是,SpaceX是一家典型的商业公司。它的宗旨是抢占市场,获得业务,最终实现盈利。而不是设计和制造更棒更强的火箭,为航天事业做出贡献。开发梅林系列发动机的基本要求就是廉价。即便是最新型的梅林1D,推算价格也仅百万美元级别。与之相比,性能远胜的SSME,其价格却是以千万计的。此外,不但是发动机本身的价格相差悬殊,采用煤油为燃料的梅林引擎与采用液氢为燃料的SSME,其使用成本也相差悬殊。

  一台展示中的梅林1C,可见其喷管上的回热冷管线

  当然,上述说法必然得罪不少人。

  2008年,SpaceX霍桑工厂基于梅林1C生产的真空·梅林上面级发动机

  反对的理由之一,便是梅林引擎和登月舱下降级发动机连燃料都不一样,只不过都采用了针栓式喷嘴而已。至于Fastrac廉价发动机……“如此推力有何资格和猎鹰相比”。所以按照其逻辑,梅林引擎应该和圣杯一样,乃是神对马斯克的恩赐,只恨不能把火箭都吹成是他的创造。

  当然,在液氧煤油燃料组合上,燃气发生器循环比高压补燃循环还有一个优势:富燃燃烧。因为煤油的高温结焦问题,高压补燃循环只能采用调高氧化剂比例的富氧燃烧模式,高温高压燃气堪比乙炔气割,一旦发动机故障、燃气泄漏,故障发展会很迅速、后果严重。相比之下、富燃燃烧的燃气破坏力就弱得多,故障发展缓慢、温和得多,这个特性曾经挽救过猎鹰9号的发射任务,此乃后话。

  当然,这种现象并不奇怪。截至2015年末该公司的猎鹰9号运载火箭(Falcon-9)完成了至少6次发射,把多颗航天器送入轨道。作为一种宣称近地轨道有效载荷13吨、典型发射任务报价只有5400万美元的“经济适用型”中型运载火箭,猎鹰9号的实用、可靠已经得到证明。时至今日,其发射过的最昂贵的载荷,乃是欧洲卫星公司的SES-9同步轨道通讯卫星,重约5.3吨。然而,上述这些并非令SpaceX扬名之处。

  从梅林引擎开始

  正在试车中的红隼上面级发动机。很明显的,这是一种设计被用在真空中使用的小型火箭发动机

  不过,尽管优点多多,针栓式喷嘴的固有缺点,却也在梅林发动机的设计和制造过程中把整个团队坑得不轻。

  显然,由于丰满的理想和骨干的现实,SpaceX被迫做出了无奈的妥协。使得梅林发动机在走燃气发生器循环模式,以求最大程度简化的同时,却被迫在发动机冷却模式上采用回热冷却。最终,造就了梅林1C这个有几分怪异,但基本算是“好用”的引擎。

  【文/观察者网专栏作者 查攸吟】

  大致上,我们由于梅林引擎的针栓式喷嘴构造,将其视为阿波罗下降段引擎演进线上的产物。而且在其具体的设计思想上,明显是参考了马歇尔航天中心的Fastrac廉价发动机。

  Fastrac低成本发动机的使用者,可复用运载火箭计划的低成本试验平台——无人驾驶飞船X-34

  针栓式喷嘴构造对冷却的要求很高,所以最初的梅林1A与1B,均不可避免的遇到了过热的问题。由于梅林系列发动机在其开发初期坚持采用了可靠性和效率都很糟糕的烧蚀冷却方式,所以发动机过热烧穿的问题,一直团队在早期面临的最大挑战。最早的猎鹰1型火箭,就屡屡在发动机的问题上吃瘪。直到被搞烦了的SpaceX决定下大力气部分推倒重来——从1C改进型开始,将发动机冷却模式改为回热冷却式,彻底放弃烧灼冷却模式,这才基本解决了过热的问题。

  SpaceX公司位于肯尼迪航天中心的LC39A号机库进展,照片摄于2015年6月,当时尚未完工

  然而,正如前文所剖析的那样,梅林1系列引擎,要推力没推力要比冲没比冲,优点只是便宜简单和可靠,终究是一种凑合用的产品。所有人都应该明白,如果艾隆·马斯克能够以同样的成本制造和使用SSME,他当然不会选择梅林。正如他自己对媒体说得那样:“火箭引擎是目前SpaceX所面临的最大短板。”

  不过,无论粉丝们如何否认,出身汤谱森-拉莫-伍尔德里奇公司的SpaceX的总工程师Tom Mueller,毕竟是在TR-106引擎(使用针栓式喷嘴,氢氧燃料)的开发过程中积累了丰富的经验。在其投奔新东家后,适当借鉴参与过的项目,取其精华加以利用,实在也属于情理之中的事情。而针栓式喷嘴的优点也非常的多。包括稳定性好、加工维护便宜、节流调速容易等。那么,在相关专利已经失效的前提下借鉴过来,也是合情合理的。

  总的来说,即便是以梅林1D而言,其海平面比冲也仅有275s,海平面推力折合约66吨。虽然较为可靠,但各项指标均已落后,算不上什么强大的火箭发动机。最新型的梅林1D+发动机数据版本繁杂、自相矛盾,很难准确评价,但是它的技术基础没有变化,核心指标不会有革命性突破。

  梅林发动机的设计源头颇为驳杂,技术来源众说纷纭。由于公司方面从未做出过明确的表态,所以各路粉丝和想看笑话的,往往本着各自的立场满世界为其“找爹”。不过,美国的火箭发动机型号虽然繁复浩瀚,但万变不离其宗,其技术传承和演进是有一个较为明确的路线与参考的。

  这是 joojen 的第 265 篇原创文章

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  #必须说#

  私人企业想都别想,具体原因很多。

  2018年2月7日凌晨,SpaceX有一次咱占据了各大新闻头版头条,该公司的猎鹰重型火箭载着特斯拉发射成功,一级火箭成功回收。

  这哥们将手头上的钱哪来相继传创办了两家公司,一家是已经耳熟能详走向大众的特斯拉电动车公司,另一家就是现在所说的SpaceX,而spaceX的使命就是埃隆马斯克提出的公司愿景——火星计划。为了人类在火星上生活或者旅行而创立的一家创业公司。

  其次,况且真正能把火箭送上天的人真的没几个,而且作为技术壁垒,不能随便外泄。即便从体制内走向体制外,也有上述原因,配套供应商的研发实力也跟不上。

  一晃七八年过去了,从交通工具的路子出发,这哥们没闲着,

  这哥们被人们所熟知的还是从2000年左右的时候作为共同创始人创办的第三方支付工具平paypal,这是全球通用的贸易支付工具,要知道比支付宝和你所熟知的微信支付早了好几年。

  顺便又创立了一家超级高铁公司,对,就是你所听过的,在真空管里跑高铁的公司,准备建一条从洛杉矶到就旧金山的超级高铁。

  有些话题太敏感,只能点到为止,会被封的,请见谅。

  特斯拉连续出了三款车型,已经成为全球 电动汽车的标杆,直接把当初曲线救国的比亚迪摔在了几公里以外。

  作为第二大工业过的我国,被联合国评为工业品类最齐全的国家,恰逢盛世,但没能诞生spaceX这样的私人公司值得深思。

  美国已经作为头号发达国家已经近百年,虽然低端制造已经剥离,但高精尖的制造业依然在全球无人匹敌。想想这么多国家的汽车公司都在研究电动汽车公司,但唯独特斯拉孤独求败就知道了。

  除美国意外的所有国家,航天发射任务基本上都是以举国智力为之,即便是公司化运作,也是大型国有企业在运作。

  光搞研究,没有收入对于公司来说始终不是个事,于是在媒体已经正商两界施加压力,最终逼得NASA不得不将部分发射订单给到SpaceX。作为一家商业性的私人公司,盈利总是要放在很重要的位置。

  说到SpaceX就不得不说到这个公司的 创始人,埃隆马斯克,号称现实生活中的钢铁侠。

  但是美国航天局NASA在将发射任务依然给了相当于国企的公司,埃隆穆斯克不干了。

  从计划经济走向市场经济总是要个几十年的过程,况且现在即便已经提倡重商主义,但是你会发现依然力度还无法达到人家的水平。只有当国企主导的时代结束,大概才是真正的重商主义主导的时代。

  之后几年paypal被买给了ebay,很多人可能已经不记得这家公司了。不过没关系,卖了之后这哥们并没有闲着。

  说到高铁国内大部分人深有感触,高铁在300公里时速以上,最大的阻力来自于空气阻力。于是这家超级高铁公司就想到了用真空管道的方案。

  上文:很多人对新媒体写作的理解可能都是误解

  首先,科研实力上私人企业商不具备这种研发能力,国有企业在这个行当尚要牵涉到上百个配套供应商,很多是作为政治任务下达到每个供应商。私人企业更是别想。

  再者,美国是个崇尚梦想的国家,老一代的叫做美国梦,新一代咱们也叫梦。但是还是有个时间差的问题。

  我国虽然在工业品类上全球无两,但大多数都是中低端的工业制造,高精尖的技术依然掌握在发达国家和科研机构手上。你看看真正能生产高端手机芯片的公司有几家就知道了。

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  这种高精尖的技术不是段时间内所能实现的,所以埃隆马斯克就从早火箭开始,首先解决从地球到火星的交通工具。

  话说这家SpaceX可谓是争议不断,一切从零开始做火箭,一家私人创业公司在国内要做火箭简直不可想象,当然,即便在美国这样的工业强国,也并没有那么顺利,从最开始的数次“龙”系列火箭失败案例逐渐走向成熟,并且全球首创的火箭回收技术得到认可。

  Founders Fund 的合伙人发现,在资金耗尽以及失去顾客的信任之前,该公司还可以承受三次失败。如果真的失败了,那么不仅意味着 SpaceX 的结束,也使得基金在当时的最大一笔投资付之一炬。

  「火箭实际上飞得很远,没有进入轨道,但至少它飞出了视线。」SpaceX 的德国工程师 Koenigsmann 谈到第二发射时说,「火箭返回到发射场然后你可以收集到碎片,与它飞走消失在某处,这二者是有区别的。这对结局没有什么影响,但对于个人来说却是另一种感觉。」

  「我知道那会彻底摧毁(Musk)。」Nosek 说道,「我也知道,我们最后不得不面对的问题是,我们愿意花多少钱?」

  「他们会说,『好吧,我们可以从供应商那买这个,但是要将近 50000 美元,这也太贵了吧,简直太可笑了,我们只需要 2000 美元就能造一个出来』。」NASA 官员 Mike Horkachuck 说道,他是与 SpaceX 公司的主要联络人。「我几乎从来没听过 NASA 的工程师讨论零件的成本问题。」

  在第三次火箭发射期间,搭载着三颗卫星和 James Doohan(在《星际迷航》原初系列中饰演 Scotty)的骨灰的火箭爆炸了。原因在于,第一级发动机中的少量燃料在分离后被点燃,使其与第二级火箭相撞。

  正如 Musk 所言,火箭不好对付。但他的目标是在自己 70 岁前,即 2040 年之前,把成千上万人送往火星。

  当你穿过前门,通过安检,走过一个拉伸建筑宽度的小隔间之后:科幻片走入了现实,未来展现在了你的眼前。

  龙号宇宙飞船与国际空间站对接

  2006 年,Griffin 和同事想出了一个方法,分别投资两家公司,SpaceX 和 Rocketplane Kistler 进行太空运输的开发。在技术和财务达到一定要求之前,不分享股权或是知识产权,也不保证最终的付款。

  对于这个有着类似 iPad 的控制面板和 3D 打印引擎的新太空舱,围在 Musk 身边的记者很少表示出兴趣,他们更想知道 SpaceX 与美国空军之间的诉讼情况。

  其精力分散情况还表现在融资以及投资者关系方面,并随着资金的增加而变得日益复杂。

  「我想我会把那些集团叫做官僚整合体,人们处于一个整合他人技术的大实体中。」Scott Nolan 说道,他从大学毕业后作为早期员工加入了 SpaceX,现在是创始人基金的合作伙伴。「SpaceX 是这个领域第一家真正意义上的科技初创公司,从头开始开发整个平台,他们会质疑一切。」

  2010 年,SpaceX 推出了其第一个猎鹰 9 号火箭,取代了现已停产的猎鹰 1 号,在位于佛罗里达州的 NASA 的测试基底卡纳维拉尔角进行发射。不久之后,在龙飞船(Dragon space capsule)完成其处女飞后,SpaceX 成为第一家把飞船送入低地球轨道并使它安全返回的民营公司。

  2014 年 9 月,NASA 宣布与两家公司签订合同,将宇航员送入空间站——42 亿美元给了波音,26 亿美元给了 SpaceX。由于 NASA 称这两份合同所针对的是同一组任务,其巨大的价差还没有得到令人信服的解释。

  无论灵感如何,SpaceX 都被迫去适应一个平凡的初始目标:以比今天至少便宜 10 倍的价格制造一架火箭。在做到这一点之前,哪怕多么节约,无论是花还是人都去不了火星。

  2014 年,NASA 和 SpaceX 签订了有史以来最大的一单合同,价值 26 亿美元,要将美国宇航员送往国际空间站。二者联手建造交通工具以取代已经终止的太空飞船计划,此举使美国又列入到了航天国家名单之中。

  对于两个商业航空项目以及 NASA 自己的缩减成本后的载人探索项目 Orion(在 2011 年取代了 Constellation),国会拨款委员会已经对其成本产生了质疑。内华达州的一家公司 Sierra Nevada Corporation 在投标失败后,尤其就波音的额外成本问题,已正式对 NASA 的决定发起了挑战。

  廉价的发射方式也能达到第一宇宙速度,从而使陆地飞行脱离大气层,将原本需要 24 小时的旅程缩短到数小时之内。太空旅游经常被认为是一种可能的收入来源,但如同商业研究甚至小行星采矿一样,要使其可持续,就需要更低的成本。NASA 就因过高的成本预算而未能赢得政府对商业航天事业研究的支持。

  这里有很多值得一看的地方:火箭就像一套优质的西装,需要手工定制。SpaceX 的导游介绍,机器人能够很精确地完成大部分装配工作。

  使用固体燃料发动机更容易也更方便。这使得固体燃料发动机成为公司主设计师的首选,Musk 当然也不例外。但实际上固体燃料一旦被点燃就很难控制,为了安全起见,更复杂的液体燃料火箭就成为了人们进入太空的标配。

  卫星发射业务还有一点很吸引人:客户预先支付建造火箭的费用。这意味着如果能够在一次成功的测试中证明其理念,那么公司就不需要筹集新一轮的营运资金,也保证了早期投资者的股份不会被稀释。

  向 Griffin 提出劝告的是物理学家、风险投资家 Alan Marty。他做的第一件事就是根据 Clayton Christensen 经典硅谷巨著《创新者的窘境》一书写了两页的报告,并将报告分发给 NASA 的高层。在 Marty 的坚持下,NASA 的律师利用了该机构最初草草成立时遗留下的一个漏洞。

  「他的很多朋友都建议他不要做 SpaceX。」Luke Nosek 接受采访时说道,他帮助 Musk 建立了 PayPal,现在是 SpaceX 董事会的成员。

  尽管有好奇号漫游火星这样行星科学领域的成功,不过 NASA 的载人太空计划一直处于困境之中。首个取代太空梭项目的计划被取消了;将人类送入太空探索太阳系的新一轮努力也被推后,并且由于超出预算的问题有可能也被取消。即使是送宇航员进入国际空间站这样最基本的任务——美国在此投资了 750 亿美元——也已经外包给俄罗斯。

  体制硬化与狂妄的双重风险

  2008 年 8 月,火箭将一枚仿制负载送入了轨道。一个月后,另一艘猎鹰 1 号将代表马来西亚政府发射该公司的第一颗合同卫星。

  此前,美国空军授予了 NASA United Launch Alliance(ULA)一份 110 亿美元的合同,且没有开放给其它的投标者。Musk 则提出了一个很好的报价,并一直在批评 ULA 对于俄罗斯发动机的依赖。之后,法官下令美国空军和 SpaceX 进入调解程序,SpaceX 的高管们则会如愿分摊到一笔合同金。

  「我很了解联邦政府,我知道,如果你投入了资金却没有拿出相应成果,所有人都会很生气。」Marty 说道,「但是事实证明,如果你投入了资金,并且资金翻了 5 倍回到了你的手里,他们还是会很生气,因为这样你就是在和私营部门竞争。」

  NASA 官员也曾忐忑不安。由于雷达出现问题,龙飞船的传感器被迫在飞行涂中被重新编码,冒着撞毁的风险延续任务,不过连接过程很成功。到目前为止,该公司已经成功完成了三次补给任务,并在第四次任务中将飞船停靠在了空间站中。

  事实上,成功的科技企业家们都喜欢创办太空公司:Jeff Bezos(亚马逊)、Paul Allen(微软)、Larry Page 、 Eric Schmidt(谷歌)和 Richard Branson(维珍集团)都参与到了致力于太空技术的公司中,而这些公司,在不同程度上都被视为「面子工程」。

  美国曾经是卫星发射的领导者,但是现在却落后于欧洲和俄罗斯等竞争者。洛克希德马丁公司和波音公司联合投资的联合发射联盟(ULA)直到 2017 年还在使用从俄罗斯购买的发动机。而如今,中国和印度则以空间站成本意识和自己的火星探测船展现了赶超发达经济的非凡能力,美国在商业太空公司的单方面投资已经成为了最有可能使美国走出当前困境的方法。

  猎鹰、梅林、红隼和龙号。这些名字既不是来源于维多利亚时代取名的传统,如进取号、奋进号、发现号,也不像 NASA 传统的阿特拉斯、猎户、阿波罗和萨图恩等名字。SpaceX 的机器是由孩童时期读过幻想小说的人建造的,Musk 在南非比勒陀利亚的童年也是饱读平装科幻小说。

  2006 年,猎鹰 1 号火箭的首次发射失败了,火箭在夸贾林环礁的发射台上爆炸了。其罪魁祸首是一根受腐蚀的燃油管线。2007 年,第二枚火箭也没能顺利进入轨道。

  事实上,SpaceX 公司曾有机会击败这个航空巨头成为第一家将人类送入轨道的私人公司。这是公司一个巨大的里程碑,也是公司迄今为止所遇到的最危险的任务。建造这个成本有效的太空飞行器给了 SpaceX 公司一个机会,将美国太空领域从麻木中唤醒。

  「我的德国口音在我做演讲时很有用,」Koenigsmann 表示,「当我说『这会有用的』的时候,德国口音比其他口音听起来更容易让人信服。」

  不过在这里,访客并不允许拍照——因为这项技术与国家安全牵扯,涉及敏感内容。

  位于马绍尔群岛测试基地的的猎鹰 1 号

  2005 年,布什政府推出了第一个后继项目,即星座计划,整个计划将包括一系列新的航天器、运载火箭以及相关硬件送入国际空间站以及月球,成本最初估计在 970 亿美元左右。不过该计划最终在 2009 年被取消。

  那么问题来了,你相信他能把你送到区区 205 英里以外的一处空间站吗?

  SpaceX 火箭工厂坐落在旧金山国际机场近郊,是一座巨大的白色机库式建筑。

  不过,他找到了 Tom Mueller 这样的人。Tom Mueller 是TRW 航空集团一名郁郁不得志的工程师,出于爱好在车库建造一个火箭发动机。这也是火箭业余爱好者中所建造的最大的液体燃料发动机。这台发动机最后成为向 SpaceX 火箭提供动力的梅林(灰背隼,Merlin)早期版本。

  但仍然需要 SpaceX 证明的是,处于遥控飞行中的龙飞船能够安全降落在空间站中。

  SpaceX 猎鹰 9 号旗舰

  这就够了。

  起初,与政府机构合作的伙伴总是习惯于支付政府给出的的任何账单,初创公司决心从任何可能的角落里削减开支。

  Musk 还在莫哈维沙漠的火箭俱乐部找到了 Hans Koenigsmann——一名德国工程师,后来成为 SpaceX 公司的第四名技术员工。

  「我们在第三次和第四次飞行之间更改了一个数字,没别的了。」Koenigsmann 说道,「我们把两个发射阶段分开了。」

  也是在 2005 年,航空航天工程师 Mike Griffin 开始担任 NASA 局长,他有些不一般的背景: Mike Griffin 曾是美国中央情报局内部,国家安全技术风险投资公司 In-Q-Tel 前任总裁。与 Musk 一样,他将太空旅行视为人类未来的关键,认为这只是 NASA 的工作,不属于任何私营部门。

  成本至上

  他是一个的笨拙的表演者,发布产品时表现得很不乔布斯。接受采访时,他语言温和,声线紧张,像个木讷的科技宅。与此同时,他开始越来越多地参与政治。

  据报道,Musk 身边的每个人都说,尽管他身兼 Tesla 的 CEO 以及 Solar City 的董事长,但他正一心投入到 SpaceX 以及火星移民的长远目标中。

  基于漏洞寻找合作伙伴

  SpaceX 工程师 David Giger 说:「我们可不是仅仅坐在那里长年累月的分析一个东西。SpaceX 是建立在不断测试的基础上。我们在试飞时会进行测试。」

  低成本的秘诀相对来说还是挺简单的,至少在原则上是这样:在火箭内部做尽可能多做改变,在集成制造设施中尽可能多使用现代组件;修改原有的设计、避免笨重的供应链、承包商层次结构以及像 SpaceX 竞争对手的「成本加成」收费,许多早期员工都因为想避免传统航空集团的官僚主义,而被公司所吸引。

  对于 Griffin 做出的这一决定,NASA 高层很好奇他究竟是否了解国际空间站的实况——国际空间站是人类有史以来建造的最昂贵的单一物体,共花费 1500 亿美元,然而其科学和经济价值却相对有限,就像是「往无底洞中砸钱」。

  「当你这样做的时候,你的工程团队基本就陷入了脑死亡。」Nosek 说道,「激励结构破坏了他们创新的能力。」

  对于火箭技术,Musk 也表示:「要想对技术加以改进,只剩下一个关键的参数需要评判——成本。」

  公司的外部筹款策略很简单:转向 Musk 在硅谷资金雄厚的朋友们,他们比起生存在强大压力下的纽约金融官们更愿意冒险尝试新鲜的事物。

  他向佛罗里达州参议员 Bill Nelson 介绍了一个荷载七人的飞船,后者擅长为该州的航天工业领域筹集资金,经验丰富。国会成员们争相露脸,假装若无其事。

  八年前,NASA 的官员首次与 SpaceX 接触之时,他们认为与 SpaceX 之间的合作充其量也就是雇个临时工干些杂活这种程度——在政府专注于更高的目标时候,这种活也就是所谓的「太空计程车」。但是现在这个商业项目却成为了 NASA 将人类送入太空的最大希望。

  这些政治密探多由 SpaceX 安插,反对众议院多数党领袖 Eric Cantor 对航空事业资助提案的意外否决。Eric Cantor 认为,即使是较为节省的 SpaceX 对于他来说也太挥霍了。没有迹象表明政府将增加航空资金援助,而这对于 SpaceX 及其更为耗费的竞争对手来说可能不是什么好事。

  那么,600 万美元或者更低的价格,能否取代 6000 万美元的发射成本?解决这个问题的方法,就是不要使用一次性火箭;毕竟,一只火箭的成本与一架波音 737 相当。重复利用能够大幅降低成本:SpaceX 称,一只火箭的成本是 5400 万美元,而其燃料费的成本只有 20 万美元。

  编译 王宇欣、Rik R

  「它基本上就是一个顶着一张帐篷的小岛。」Giger 也这样说道。

  SpaceX 目前每次发射火箭的花费都在 6120 万美元。在低地球轨道上每公斤货物的运行成本为 4653 美元,远远低于主要美国竞争对手,联合发射同盟给出的报价14000 美元到 39000 美元不等。而其他提供商则通常每次发射会收取 2.5 亿到 4 亿美元不等的费用;为了让宇航员搭乘 3 人联盟号飞船,NASA 支付给俄罗斯 7000 万美元/人。SpaceX 的成本还不能像 Musk 和投资者期望的那样低到足以改变太空发射的经济,不过他们已经有了计划。

  SpaceX 到底做了什么?

  SpaceX 证明了自己是可行的,NASA 与其签订了一份价值 16 亿美元的合同——在 2016 年前把 20 吨货物运到国际空间站(NASA 将另一份合同签给了老相好 Orbital Sciences,取代了之前的 Rocketplane Kistler)。

  最终,Rocketplane Kistler 被踢出这个计划,没能从纽约对冲基金和最初定下的养老金投资者处筹集到足够的资金。和经济危机开始时一样,Rocketplane Kistler 以破产告终退出舞台。

  不过,SpaceX 一直认为自己是一家科技公司,与 NASA 的矛盾也经常出在计算机开发员上。SpaceX 遵循迭代设计流程,不断改进模型对测试作出反应。传统的产品管理需要完整执行稳健的计划,这也是成本超支的一个原因。

  尽管如此,Horkachuck 在他为 SpaceX 工作的最后阶段,还是担心该公司将表现得越来越像那些为它所不屑的传统承包商。与此同时,前 NASA 内部风险投资家 Marty 则担心,该公司已经不再仅仅专注于做一条鲶鱼并提高整体的市场生产力,转而开始在商业航空领域构建起另一个大型官僚组织。

  另一方面,与 SpaceX 公司针锋相对的竞争对手波音公司,也打算做同样的工作,但是预计花费比 SpaceX 公司多了近乎一半,达到了 42 亿美元。

  现在,SpaceX 已成为航天领域一个不容忽视的参与者。这是 NASA 在政企合作方面的一个验证,这种伙伴关系的重点是发展一项业务,而非一个产品。

  NASA 赌赢了。

  Musk 的性格是多面的。

  在造火箭这件事儿上马斯克一直憋着一口气。

  波音公司代表认为这或许反映出波音更值得信赖,微妙地表达出了对不成熟的太空飞行器的挖苦。但是据披露,NASA 官员称 SpaceX 的进度比波音要快,但负责评级工作的官员却表示,波音以 6% 险胜 SpaceX,这大致就是「超棒」和「很棒」之间的区别。

  就像 Musk 的公司从零开始接触太空业务一样,NASA 也是如此。太空梭项目(1981 年到 2011 年将美国宇航员和太空货物送入轨道的计划)的终止期即将来临之时,美国太空机构对此也仅有零星的反应。

  夸贾林环礁约 7700 公里长,起点为范登堡空军基地,SpaceX 曾预想于 2005 年在那里举行猎鹰 1 号火箭的首次发射。但最终,空军方面中断了与 SpaceX 之间的合同,使得数百万美元的投资和数月的努力打了水漂。

  在所有工人的前方,公司的两层餐厅正在开放,坐在餐厅可以俯瞰整个生产车间。设计师和会计员可以边吃午饭边观察技术人员建造太空舱和火箭。

  尽管两次发射都失败了,Nosek 和 Musk 的另一个 PayPal 合伙人 Peter Thiel 仍通过风险投资公司 Founders Fund 为 SpaceX 出资了 2000 万美元。NASA 的投资使他们相信,Musk 懂得如何制造火箭。

  SpaceX 公司将大部分资金都消耗在火箭上面,价值 200,000 美元的煤油和液氧——脆弱的金属表层,其中大部分是铝。Musk 曾经要求投资者想象他 64 米(224 英尺)高的火箭缩小到可乐罐大小:这种微型炸药的表层可要比你手中的饮料瓶外壁薄的多。

  想象一下,把你的车停在几千英里一个世界上最昂贵的车库里,即便是一个小小的错误就能毁掉一切。

  未来驾驶舱的触摸屏控制

  来源 Quartz

  现在,SpaceX 几乎每次发射的卫星都使用这种配备了巨大着陆支架的火箭,公司试图海上「降落」。到目前为止,海上着陆计划还没有取得成功,但据该公司的内部人士称,他们正在收集相关数据,且离急速迫降的目标越来越近了。那将是杀手级的应用。

  SpaceX 用门闩制作了卫生间的舱门把手,为此节省了 1470 美元,还发现使用赛车安全带固定宇航员比定制的安全带既经济又舒适。他们没有用计算机模拟宇航员,而是在全尺寸的模型中使用了真人进行测试,以确保宇航员能够在货仓内移动。SpaceX 的高层对 NASA 在缩略词和文件方面的热爱不屑一顾,员工们非常自豪在周五的深夜继续工作。

  「SpaceX 从当初仅有 100 个人的小公司带到了今天的规模。」Horkachuck 说道,「早些时候,NASA 对于 SpaceX 的成功运转至关重要。相比于成为一家模型店,他们发展成了一家真正生产火箭的航空公司。」

  一架装有定制碳纤维整流罩的卫星,或是满载货物的龙号太空舱——未来将会满载乘客——火箭发射时在静静地待在火箭顶部。在公司主要产品猎鹰 9 号火箭中搭载了 9 台发动机。而设想中,用于承载大量货物前往火星的重型猎鹰将搭载 27 台发动机,现在这一目标还未实现。

  多星球的「面子工程」

  NASA 的确很看重 SpaceX,其他太空初创公司似乎就缺乏 SpaceX 这样的精神。很重要的一点是,SpaceX 这样的做法带来了早期的收入。

  SpaceX 火箭搭载了 9 台发动机

  2002 年,也就是 Elon Musk 最初创建 SpaceX 的时候,他认为 SpaceX 最多也就值百万。那时他刚从科技初创公司 Zip2 和 PayPal 起家,开创电动汽车公司 Tesla 也是两年之后的事情。

  有一些观察家担心,SpaceX 正在失去其灵活性,失去其相对大型军工承包商的优势。

  不过,由于波音的方案要贵 62% 以上,这家老牌公司将面临缩减成本的压力。ULA 已经开始进行一个彻底的成本削减计划,并与 Blue Origin 公司建立了合作关系,后者由亚马逊的 Jeff Bezos 投资,是 Musk 公开质疑的另一个目标。

  Musk 的设想是:殖民火星,让人类接受多星球文化。他把这视为应对人类灭绝的全球性灾难的一道保险。

  另一方面,SpaceX 从 NASA 处获得 3.96 亿美元,同时贡献 4.54 亿美元的外部资本,其中包括 Musk 在 2006 年自掏腰包投入的 1 亿美元。

  事实证明,他们很有先见之明。

  Gwynne Shotwell 是一个经验丰富的航空工程师,也是 SpaceX 的总裁兼首席运营官,她把自己的许多时间用来为襁褓中的火箭招揽生意。「我没有机会去做我所喜欢的工程学工作,而是得不断说服客户投资 SpaceX,购买我们的火箭,并承担相应的风险。」她说道,「我致力于让公司活下去,给员工发工资,度过艰难时期。」

  因此,该公司的研究重点首先就是 Grasshopper,一款猎鹰 9 号的同比例模型,用于试验垂直起飞和着陆。

  工厂的一座停车场内停满了新型的摩托车和 Tesla 电动汽车,还有一架曾经为波音公司制造的 747 客机的巨大金属机身。

  政治的代价

  作者 Tim Fernholz

  当时,苏联首次将人造卫星送入太空之后引发了一阵恐慌,随后白宫要求民间太空机构加速项目的进展,为了不错失任何机会,一个年轻的律师在 1958 年 NASA 建立时的法律中增加了一条通用行动条款。

  火箭是一种很奇妙的技术。你看它们发射时的起飞姿态是那么庄严神圣,但是为了要达到轨道,它们必须要达到 7.7 公里/每秒或者 180,000 英里/每小时的飞行速度,大概是音速的 25 倍。而人类所制造的任何其他东西,都无法在载人情况下达到这样的速度。

  发动机上缠绕着金属毛细管,这些毛细管使用火箭本身的冷却燃料作为冷却剂,保持 3D 打印喷嘴不会在火箭排气管内融化。Musk 同事表示,肉身飞行一直是 Musk 所渴望的标准;因此,自 20 世纪 90 年代以来,梅林就成为美国第一台新型液体火箭发动机。

  在这之后,Musk 决定创办一家公司,专门提供一些他在地球上无法寻找到的服务——一张通往火星的经济票。

  Founders Fund 的 Nolan 将这种充满希望的不确定性与互联网的出现进行了比较。他说:「目前还不清楚,究竟什么样的业务能够带来真正高效的信息交换。」

  SpaceX 还能失败几次?

  由于现在的员工人数已经上千,Musk 再也无法亲自面试每一位员工,不过其标准仍然很高公司曾解雇了大约 400 名员工,并引发了一场官司。

  在他看来,宇宙唯一的明智策略就是实现重复性。现在他既有财富也有时间,所以制定了这样一个新的计划,以盛大的姿态把一个装满植物的温室送到火星。然而,哪怕有千万美元的预算,他都找不到一架高效的火箭来完成这个任务。

  例如,如果耗资不那么高的话,投资者会在较低的轨道上再安装几百颗新卫星,使其通讯和成像能力更加强大。由于发射费用高,目前卫星并不怎么进行升级换代,且距离地球相对较远,这样能够存在更长时间——卫星越靠近地球,其轨道衰减速度越快——直至最终消亡。因此,卫星所使用的电子技术都已上了一定的年代。

  大胆前进

  在接下来的 4 年内,SpaceX 完成 33 次商业发射任务,并在 2017 年前完成一项载人航天计划。同时接受德州政府的补贴,在那里建立自己的航天发射场,摆脱多年来对政府设施的租赁依赖。

  火箭进入太空通常会经历两个阶段。第一阶段为火箭提供巨大的推力进入太空;随后运载火箭分离脱落,第二阶段,载荷将滑送至轨道上的最终目的地。

  随着充足的资金注入星座计划,Griffin 决定将其中的 5 亿美元投入商业太空计划。在传统的 NASA 承包方式之外,Griffin 希望能够以更少的资金完成轨道分离,而 NASA 则将重点放在更大的愿景上。

  巨大机器人环绕在火箭顶端卫星的碳纤维外壳周围,它们用声波来检测一些肉眼不可见的瑕疵。工人们将九个火箭发动机与八边形框架对齐,把它们安装在巨大的铝管之中;其他人则利用起重机吊起大型组装件在工作区之间移动。龙号太空舱首次离开大气层,返回地球回收之后像奖杯一样被高高悬挂起来。旁边则是一个仍在开发中的项目:一个巨大的金属弧,火箭起落装置的腿部支撑。

  即便如此,对于一家刚刚起步的公司来说,这种接连的失败使处境变得十分艰难。

  这是因为,一架由洛克希德·马丁空间系统公司生产的火箭正在附近进行发射准备,而军方官员担心初生牛犊 SpaceX 的首次发射任务可能会失败,并摧毁了他们的秘密计划。

  但对 Musk 和他的投资者来说,现在的问题是,除了造出更好的火箭,他是否还有其它的可能。他们想要揭开一个更具挑战性的市场:一种太空经济,让人类可以在太空中的这个小世界里大幅提高生产力,即使还没有人知道具体该怎么做。

  夸贾林环礁位于马绍尔群岛,是美国海军的火箭测试基地。「我认为世界上没有一个地方比那里更加腐败。」Musk 如此评论道。

  只剩下两次发射机会了。但每一次飞行都比上次飞得更远。公司的工程师们确信他们了解第三次失败的原因。

  有了首次飞行成功后的信心,公司向 NASA 建议,打算将龙飞船的两次最终发射测试(抵达国际空间站并与之对接)合并到一个任务中,以节省成本。

  事情这样展开是有原因的,一些主要的航空航天承包商在文本工作上进展缓慢是因为他们的主要客户是政府,实际上这也是整个太空领域的主要客户。从 SpaceX 的视角来看,很多责任在于成本加成承包,在于政府雇佣公司工作的一般政策,不仅支付费用还要保证利润率。

  Elon Musk 与美国国家航空航天局局长 Charles Bolden


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