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文|藍字計劃,作者|袁榭
3 月 14 日,馬斯克旗下 SpaceX 的巨型火箭 " 星艦 "(Starship)第三次試發射取得重大進展:相比前兩次升空不久就炸了,這次試發射達成多項既定測試目标,并且 " 達到了軌道速度 "。
有人說這是宇航史上的 "iPhone 時刻 "。然而,和探索太空進程一起被改變的,還有無數人按部就班的命運。
去年 2 月,美國《政客》雜志的一篇獨家報道裏,采訪了一位不願具名的民營航天業說客。這個受雇于 SpaceX 競争者們的遊說專家稱,當時業内對 " 星艦 " 即将到來(指去年 4 月)的試發射的期待既佩服又懼怕:" 馬斯克的競争對手們已經急到飙屎。"
這些大佬們怎麽也想不到,讓自己不得安生的日子,始于 20 年前的一封投訴信。
2004 年春季,美國政府問責署(GAO)收到一封實名投訴信,痛斥 NASA 浪費公帑,将 2 億多美元的新發射系統開發合同不經過公開競标,直接給了創立 11 年都沒做出可測試原型機、1 年前剛渡過破産危機的 Kistler 公司。
投訴信中稱此舉 " 給市場傳遞了極爲負面的訊息 ",要求 GAO 審核 NASA 這項無競标、隻有獨一承包商的合同的合規性。GAO 審核後表示支持投訴方,NASA 不得不于 2004 年 7 月撤回與 Kistler 公司的合同。重新招标簽訂的合同是:Kistler 公司拿 2.07 億美元,寫投訴信的公司拿了 2.78 億美元。
寫投訴信的人現在大可不必如此越級纏訪,他随便在 X 上發個帖就能達到讓競争對手吃癟的等價效果。因爲寫這封信的人是埃隆 · 馬斯克。
當時,恐怕他也想不到,自己的這封信像是把水壩的閘門擡高了一點點,盡管一開始水流不大,但終有一天奔湧而出的洪流讓航天業這條平靜了幾十年的大河改道了。
俄羅斯人的一口痰,吐出一個航天新貴
說起來,沒有同行們的襯托和激勵,也沒有今天的 SpaceX 和民營航天業局面。馬斯克成功造出重複用火箭,尤其得感謝俄羅斯宇航局的官僚。
曾有人在問答網站 Quora 上問起過一個轶聞:馬斯克造大火箭是因爲被俄羅斯官員一口痰吐在鞋上,這種鳥事是真的嗎?該不會是都市傳說吧?
結果 SpaceX 初創之年的聯合創始人、航空航天工程師吉姆 · 坎特雷爾(Jim Cantrell)現身說法做答主,告訴大家:這事是真的。
吉姆 · 坎特雷爾還補充了細節:" 我當然有資格确認真實性,因爲自己當時人就在現場。我那時候是馬斯克與俄羅斯聯盟号火箭總工程師的翻譯,那俄國人的痰也吐到了我的鞋子上。"
馬斯克做了什麽,惹到俄羅斯技術官僚如此光火?
2001-2002 年,馬斯克參與創建的 Paypal 被 ebay 收購。盡管被 Paypal 高層擠出公司,但馬斯克作爲大股東分潤不少,成了新晉億萬美元富翁。
剛财務自由的人愛追夢,馬斯克的拓荒火星夢可能不是說來玩的。成爲億萬富翁沒多久,他就邀上幾個行家,一起上莫斯科找俄羅斯航天局商洽聯盟号火箭的租賃或購買事宜,打算用俄制大火箭把小鼠或者植物先送到火星去,營建 " 火星綠洲 " 的溫室試運營項目。
其時,市面上的國際民用航天業務大都使用俄羅斯的火箭服務。雖然俄羅斯産品不是最先進也不是最高效,但勝在設計久經考驗、能用,且當時缺預算的俄羅斯宇航部門願意便宜租售運載空間。即使是 NASA,也在近 10 年時間花了 39 億美元購買俄羅斯聯盟号火箭的載荷,來把美國宇航員送上國際空間站。
然而,未來的世界首富在莫斯科經曆了改革後鐵幕國家官僚招商引資時典型的文化沖突。
俄羅斯航天機構的官僚們,與國内其他部門的同行習性無異,喜歡聊正事前先花幾天和外國客戶喝喝大酒、侃侃大天。當然,出席這些過場時,外國人得穿正裝,必須顯得把偉大的俄羅斯公務員當回事。
然而馬斯克覺得這種做派簡直不可理喻:誰錢是風刮來的,大家都注意點效率,直接聊正事不好嗎?
而且馬斯克向來以着裝随便著稱,就算見俄羅斯官員照樣球鞋簡裝出場。這下,俄羅斯官員被馬斯克的着裝和态度深切地得罪了:這小子太不給面子,不尊重我們就是侮辱偉大的俄羅斯!
在雙方碰面兩三次後,馬斯克提到拓殖火星願景時的滔滔不絕,也讓俄方出席人員冒火:你老跟我方扯這些不着調的玩意,是來逗咱們玩的嗎?
當時聯盟号總工程師認爲馬斯克 " 是一點可信性都沒有的瘋子 "、" 是來騙走他視爲子女的火箭産品的 ",聽煩了。他最後沖着馬斯克吐出了那關鍵的一口痰,以此結束了商洽。
馬斯克就算小時候被校園霸淩,發财後可受不得這種鳥氣," 大步沖出會場 "。在回美國的航班上,反複念叨這事,立下了自己開火箭公司的志願。
原 NASA 副總長洛裏 · 加弗(Lori Garver)對此事的評價是:" 如果海倫的美貌讓千艘戰船揚帆駛向特洛伊,那俄國佬的這口痰就是讓千艘星艦發射向火星的源動力。"
極難伺候的老闆
盡管馬斯克有這次羞辱做初始驅動,但創立一家現在估值逾千億美元的宇航公司光憑一口惡氣難以爲續。馬斯克的狼性搏命創業法則,在 2000 年代讓自己和雇員的日子都很不好過。
吉姆 · 坎特雷爾在 2001 年末 SpaceX 創立後,隻幹了大半年就辭職跑路。20 年後他自述原因:老闆實在太難伺候了。
在這位前同事的口中,當時還沒到三十歲的馬斯克已經顯現了現在世界聞名的難以捉摸風範:" 有兩個版本的伊隆:好人版和糟糕版,你不知道自己何時會遇上哪個版本。"
好人版的馬斯克,機智、風趣、富具魅力,常有金點子,很與員工合拍。
|2002 年 SpaceX 全員在佛羅裏達州卡納維拉爾角的合影,圖中的墨西哥街頭樂隊現在還在當地餐館裏日常演出。
糟糕版的馬斯克就很霸道總裁了:大吼大叫、挑剔員工、怨天尤人、無度加班。不行的永遠是員工與世界,犯錯的從來不會是他自己。
有次馬斯克淩晨 3 點鍾電話叫起來坎特雷爾:" 你丫現在在哪?"
坎特雷爾:" 睡覺啊,還能在哪?"
馬斯克:" 還有活幹,趕緊來公司。"
坎特雷爾:" 我才睡三個小時,扛不住啊老闆。"
馬斯克:" 我都沒睡你睡啥,趕緊來加班。"
馬斯克在 Space X 初創時,每次開會必講上火星。員工膽敢表示我就是來打工賺錢的、不想緊跟老闆一起做夢,不免被馬斯克咆哮大罵等各種羞辱。
坎特雷爾說,自己不願靠挨罵掙錢,隻好辭職。他還提醒馬斯克現在的雇員們:你們的老闆不僅要求員工努力投入工作,連思想都必須緊跟上。不然的話,馬斯克會用最惡毒的各種辦法治你,他很會這套哦。
這真能讓中國人感受到熟悉的味道,難怪馬斯克在中國如此多粉絲。
馬斯克自己也知道如此創業,結果難料。他在十幾年後公開回憶時提到:" 我當時預期特斯拉和 SpaceX 都隻有不到一成的成功機率。在 2002 年開頭,我都不讓自己的朋友給 SpaceX 投資,要虧虧我自己的錢算了。"
從底層理念上颠覆航天業
初創宇航小企業時的 SpaceX,盡管員工會被老闆狂暴壓制,但也有組織架構與激勵機制上的好處:NASA 和洛克希德 · 馬丁這些官辦與準官辦單位的官場病沒了。這其實是 SpaceX 成功的最關鍵處。
闡述此事最精準的,是牛津大學的傅以斌(Bent Flyvbjerg)教授。他去年發布一篇題爲《如何解決大型難題:" 精細定制 " 與 " 流水平台 " 的對比》的論文,比較了 NASA 和 SpaceX 的最大區别。
以 NASA 爲代表的大國宇航局們,造大火箭的思路和造大水壩、大形象工程的思路一樣:第一,不能出簍子;第二,意圖通過一件産品就獲得量子飛躍式的成就,解決一個大難題。
這種思路的結果,就是官營部門造火箭,永遠是力求完滿周到、萬無一失。從各個子系統的設計、實驗,直到總成最終産品的最終試發射,永遠用最複雜的方案、最先進的技術、最重複的流程。
如此的動機不難理解,在大國宇航部門們的眼中,科技創新是線性的、可控的、隻要養夠技術人才就能解決的。大火箭既是國家的面子,也是自己部門的面子。要做就要做到十全十美、從登月到投放載荷到地球另一端都能做到。
如果火箭炸在發射台上,國家的面子、項目負責人的位子、項目預算的票子,不免都要跟着飄搖。
這種策略的好處自然是穩妥,幾乎沒有發生火箭炸給全世界看的事情。然而每個子系統太過複雜、安全裕度過高,總成後的重複冗餘度也過高。這些冗餘直接導緻成品火箭的無用 " 死重量 "(deadweight)過高,即使能上天,火箭的有效載荷重量自然要相對降低。
更突出的弊端,是每一個如此推出的太空航行器,實質上都是高科技版的精細作坊定制拼裝貨。預計工期肯定不夠用,預算也肯定會超支。别說成品重複使用、生産定規量化,就連設計方案都缺乏通用性。
航天業如果一直如此依賴大國宇航局們,想要真正商業化搞錢永遠無望。因爲根本思路就與盈利可能背道而馳。
與此相對的,是 SpaceX 的真正突破:将流水線平台、工業化生産的思路實質用在了火箭整體成品的生産運行上。
爲了滿足商業化盈利的必需,SpaceX 将宇航載具生産視爲動态的、不斷适應的過程。因此火箭成品一是不奢望一步到位就完成終極宏大目标,二是控制成本,三是快速叠代滿足動态需求。
這種思路,帶來了 SpaceX 的火箭特色:在成品能用的前提下,材質盡量廉價,子系統設計盡量簡化,總系統方案盡量通約化,技術能用既有成果就不自行開發。産品升級快,然而頭幾次實驗必然會炸。
官營宇航的精細定制,與 SpaceX 的流水線平台,兩種思路的對比現在有顯著結果:
NASA 118 次太空任務中,平均每次的預算超支額是 90%;SpaceX 的 16 次太空任務中,平均每次的預算超支額是 1.1%。
NASA 和 SpaceX 的每個項目都會延期交付。不過 SpaceX 是在 4 年内完成預期 3 年結束的項目,而 NASA 是在 6-7 年内完成預期 4 年結束的項目。
靠着前面寫投訴信拿來的款子,SpaceX 在 2005 年制出 " 獵鷹 1 号 " 火箭原型機、2008 年試發射成功;2012 年 " 龍 " 飛船成功對接國際空間站;2015 年 " 獵鷹 9 号 " 火箭初級首次成功回收複用;2020 年首次将美國宇航員載至國際空間站;2021 年全球首次成功将未經訓練的非專業平民機組安全送入太空、并且 " 星艦 " 首次在大氣層内試飛成功。
與之相對比的,是 2006 年 NASA 向洛克希德 · 馬丁定項的 " 獵戶座 " 載人太空器項目,現在還在測試各項子系統,整全成品載人重返太空和月球的目标尚未達成。
把成本壓到極緻
SpaceX 的如此思路,才讓民營宇航業真正成爲一個私營公司有望盈利的行業。沒有 SpaceX 舉世皆知的降成本造火箭,别說達到馬斯克成天複讀的 " 每天生産一艘星艦 "、" 千艘星艦飛往火星 " 宏願,民營公司們現在還沒法和國家宇航局們搶生意。
例如著名的拿不鏽鋼造火箭,現在 " 星艦 " 箭體用的 304L 低碳不鏽鋼,成本每公斤 3 美元,耐溫 850 ℃,方便焊接。隻不過之前大都用來做保溫杯和水瓶,但隻要能使,馬斯克一樣拿來做火箭。
按吉姆 · 坎特雷爾所言,馬斯克一開始連火箭的燃料罐都不想自己造。當他告訴馬斯克造火箭沒有不造推進劑儲罐的道理時,馬斯克咆哮:" 太貴了!你給我去鹽湖城,大馬路上打聽油罐車哪裏造的,去找造油罐的鋼廠來發包!"
從後續成品來看,SpaceX 的火箭還是自行設計生産的燃料罐,沒有如馬斯克所願,把公路上跑的悶罐車挂上火箭。
就拿 " 星艦 " 試發射用的猛禽 2 型發動機與猛禽 1 型對比,直觀就能看出猛禽 2 在猛禽 1 的基礎上做了極大的簡化,簡直就像個未完工版本。
簡單來說,從外觀上能看出猛禽 2 比猛禽 1 少了大量管道。外觀上看不出的,是猛禽 2 去除了猛禽 1 上的大量傳感器、3D 打印部件、法蘭凸緣盤。
SpaceX 給出的解釋,簡直是降本增效學的标準答案:猛禽 1 積攢了足夠的技術數據與運行經驗,所以爲了學習火箭引擎控制的傳感器、便于内部拆卸維修的法蘭凸緣盤、便于随時遞補損壞機件的 3D 打印部件,都沒有必要繼續留在猛禽 2 發動機上。
因爲大批部件被簡化掉,猛禽 2 的耐高溫必須冗餘也相應縮小,所以 SpaceX 還拆除了助推器上的所有發動機護罩,光是這項就爲猛禽 2 減重 6 噸。
這些改動對提升生産效率助益明顯,猛禽 1 型發動機 2018 年 2 月首次交付,突破第 100 台産量大關的時間是約 36 個月後。而猛禽 2 型投産後的 12 個月内,SpaceX 就交付了超過 200 台,整體的制造效率是猛禽 1 的 6 倍。
SpaceX 的降本理念,現在已經爲自己掙來了世界民營宇航業無可置疑的龍頭寶座。
2022 年以來,SpaceX 給獵鷹 9 号單次标準發射标價 6700 萬美元,獵鷹重型火箭單次标準發射标價 9700 萬美元。這還是因爲 2022 年美國通脹後漲過的價格。
而 SpaceX 打的價格戰讓同行們也不得不跟進。
2020 年 11 月,由波音和洛克希德 · 馬丁這兩家航天巨頭合資組件的聯合發射聯盟(United Launch Alliance),其老闆托裏 · 布魯諾(Tory Bruno)表示,大力神 -5 型(Atlas V)火箭的單次發射價格已從 2.25 億美元降到 1 億美元出頭。
歐盟的阿麗亞娜航天公司(Arianespace)也降低了阿麗亞娜 5 型(Ariane 5)火箭的發射價格,據信它每次的發射成本約爲 1.75 億歐元(2.13 億美元)。
按 CSIS 智庫數據,做出的人類宇航史上各國大火箭單位載荷入軌成本比照圖
縱觀整個人類太空探索史,SpaceX 按載荷重量的發射成本已經比蘇聯 1960 年聯盟号低了 97%。在 SpaceX 成功前,各國大火箭進入近地軌道的每公斤載荷發射成本最低也在 1.2 萬美元左右。而 SpaceX 的獵鷹重型火箭,成功把每公斤載荷的入軌發射成本打到 2000 美元以下。
|21 世紀以來的各型大火箭單位載荷入軌成本比照圖
如此顯著的成本價格優勢,直接擠到各路競争對手束手無策。按《經濟學人》雜志 2021 年的統計,單按收費發射的商業宇航載荷重量來算,SpaceX 當時已經是世界第一火箭服務商。不管哪國的官營私營,沒任何一家單位趕得上了。
|《經濟學人》的統計柱狀圖
而 2022 年全球的成功入軌火箭發射中,SpaceX 的發射次數是 61,占 34%;全球成功入軌衛星中,有 2004 枚是 SpaceX 爲自家和付費客戶發射的,占 83%。
這種市場占有率下,已經逼得想仿效的後來者做不下去。在 2023 年初的衛星發射失敗後,英國維珍軌道公司不得不于同年 4 月宣布破産,差不多和去年 " 星艦 " 試發射爆炸前後腳。
因爲馬斯克的成功無法複制,維珍的老闆理查德 · 布蘭森 2023 年還想學人家 2016 年之前靠頻頻炸火箭攢經驗的路子,股市和宇航界都不會給他這個機會了。