美國東部時間 1 月 30 日下午,也就是五天前,SpaceX 公司代表諾斯洛普 · 格魯門發射了天鵝号貨運飛船。SpaceX 在 2024 年的第一個月份共完成了十次發射任務,而距離 SpaceX 老闆馬斯克計劃的月度發射目标還差兩次。
SpaceX 這次選擇負責發射任務的是編号爲 B1077.10 的獵鷹九号運載火箭。這枚運載火箭曾經執行過兩次客貨運輸任務、三次商業航天任務與四次自家的星鏈發射任務,而這次發射天鵝号則恰好是其第十次飛天。換言之,這是枚 " 十手 " 火箭。
和過去的九次一樣,在升空八分鍾完成任務後,獵鷹九号降落在卡角 1 号着陸區(LZ-1),不出意外的話,它接下來會成爲 " 十一手 " 火箭。老闆馬斯克希望 2024 年所有的 SpaceX 運載火箭都可以重複利用四十次以上,這個驚人的數字正在一步步實現。
2024 年的一月份,對于 SpaceX 來說是按部就班的新年開端,但對于其他商業航天的從業者來說,SpaceX 仍在不斷地創造航天紀錄。
在已經過去的 2023 年中,馬斯克麾下的 SpaceX 總共完成 98 次火箭發射,占全球發射總次數近半壁江山;在近地軌道上已有近 6000 顆衛星,占太空已有衛星的一半以上;爲全球用戶提供衛星聯網服務的 starlink 已經實現盈利。
很多航天愛好者們将馬斯克的所作所爲看作人類邁向星辰與大海的又一小步,認爲他簡直如孤膽英雄般,以一己之力,讓人們看到了商業航天的廣袤前景,曾經不切實際的 " 移民火星 "" 太空工廠 " 似乎都逐漸從夢變成現實。
也有人将馬斯克的成功歸功于市場經濟,認爲充分競争環境中打拼出來的自主創新能力才是制勝之道。在商業航天的風又一次鼓動起來的時候,許多人都希望追問 SpaceX 成功的背後,究竟是什麽讓一家僅成立 22 年的商業航天公司一步步成長爲如今這樣的行業巨頭?
一、輝煌 2023,刺激 2024
美中時間 1 月 12 日,馬斯克穿着他那件标志性皮夾克亮相 SpaceX 全體員工大會,和人們印象中的盛大的年會不同,這場位于德州星艦基地的員工大會别樣的簡單 " 粗暴 ",現場沒有貴賓席、西裝革履與紅地毯,也看不到主持人、文藝彙演和代表員工講話。
員工們穿着便服或者工作裝在臨時搭建的台子下,看自家老闆做簡短的 ppt 彙報,不遠的地方豎立着通體黑色的星艦(Starship),這個龐然大物高 121 米,直徑 9 米,有效負載能力可達 150 噸,是迄今爲止人類運力最大且完全可重複使用的運載火箭。
馬斯克總結了過去一年 SpaceX 所做的事情:2023 年 SpaceX 共成功完成 96 次發射任務,加上兩次星艦試飛,總共完成 98 次火箭發射,占全世界總發射次數的 44%。98 次發射包含了 63 次星鏈發射,共發射了 1984 顆星鏈衛星,目前近地軌道空間已經有星鏈發射的近 6000 枚星鏈衛星。
加上載人航天任務機組成員、拼車任務的載荷和未披露的秘密任務載荷,據馬斯克的估計,SpaceX 在這一年将 1600 噸的有效載荷送上了既定軌道,占全球有效載荷的 80%。
如果亮眼的數據、龐大的體量和創紀錄的進步早已讓人們見怪不怪——這幾乎是 SpaceX 成立以來年年發生的事情,那麽還有一件所有航天從業者都不能不關注的事情——SpaceX 終于具備了盈利能力。
2023 年 8 月,美國媒體中文網的一篇報道顯示,2023 年一季度,SpaceX 收入約 15 億美元(當時約合人民币 109.65 億元),實現總利潤 5500 萬美元(當時約合人民币 4.02 億元),實現盈利。11 月 7 日,據美國媒體援引知情人士透露,SpaceX 今年有望在火箭發射和星鏈業務上實現年收入 90 億美元。
回顧 2023 年,SpaceX 無疑已經成爲航天發展領域最耀眼的那顆星,作爲目前的航天引領者,其發射載荷、發射頻率、發射次數每時每刻都在刷新人類的航天運載能力,填補航天發展的空白。
2024 年,馬斯克在年度總結中提出今年要完成 150 次發射,同一級火箭要重複使用 40 次,同一個發射台最短發射間隔要控制在 24 小時之内。這意味着更快、更多、更有性價比。
此時距離 Spacex 公司成立過去了 22 年,距離獵鷹 1 号成功發射過去了 16 年,而距離獵鷹 9 号成功着陸回收過去了 8 年。
人們總是忙于造神,将看到的顯露出的一切豐功偉績附着在某個人物或是某群人身上,因爲在跨越專業壁壘的道聽途說中,人們輕易就忽略了技術每一次微小的進步所耗費的心力,而每時每刻的投入與某個技術節點的突破同樣重要,都構成了最後成功不可或缺的一部分。
如果想要解答 SpaceX 何以成爲如今首屈一指的航天公司這個問題,叙述就不應該隻停留于爲 " 矽谷鋼鐵俠 " 馬斯克立傳,而是具體到技術和行業内部,真正見證星艦、獵鷹 9 号、星鏈這樣劃時代的技術是如何建造起來的。
二、不計成本的技術叠代
SpaceX 有一個神奇的部門,名叫專業部門。它負責十幾個領域的技術創新和研發。用不鏽鋼替代碳纖維蒙皮,用工業級元器件制造電子設備,大量使用 3D 打印技術生産測試零部件,類似的奇思妙想,大都出自這個部門。
不計成本的技術革命,是 SpaceX 身上最顯著的标簽。整個公司奉行絕對的工具理性原則——拿來即用,有效即用。正如馬斯克在接受媒體采訪時表示," 如果一件事情夠重要,那麽即便所有條件都與你作對,你就該去做。"
在生産制造的自主研發上,SpaceX 善于跨界創新:現有的航天材料昂貴、笨重,還被上遊産業鏈壟斷着?那就用其他工業領域的合金原料。比如,在二級液氧 / 煤油貯箱的共用箱底,就采用了航天飛機時代大量使用的 2195 锂鋁合金,大大降低了成本。
SpaceX 确實太特殊了。因爲整體設計過于複雜,如果用傳統航天航空常用的設計軟件達索 CATIA,大型設計文件往往要花一個多小時才能打開,甚至無法打開。在開發受阻後,SpaceX 立即轉向效率更高、開圖更快的西門子軟件 NX,這款軟件本來是供汽車公司使用的。
作爲一個隻在乎技術創新的工程部門,凡是有利于星艦進一步發展的,其計劃方案都會在第二天出現在 SpaceX 專業部門的辦公桌上。
類似場景不斷在公司内部上演。在 2023 年 11 月,在星艦第二次測試中,SpaceX 将 33 台發動機并聯在一起,同時點火噴射,證明了在動力方面,發動機并聯方案是完全可行的。
并聯發動機是一項塵封已久的技術。科羅廖夫将 30 台發動機并聯在蘇聯 N1 火箭上,在 1969 年至 1972 年間,進行了 4 次試驗,剛剛完全解決發動機問題。蘇聯領導人放棄了登月計劃而轉向空間站,也就放棄了追求超強動力的 N1 火箭,并聯式發動機長期被否。
但馬斯克敏銳地察覺到了它的價值,完成了科羅廖夫所暢想的火箭藍圖。
三、盤活全産業鏈的 " 鲶魚 "
談及自主研發,似乎早就不再新鮮。但如同 SpaceX 這般,打破全行業壁壘、全面跨界将各種技術用于 SpaceX 的研發當中的玩法,确實極爲少見。
一個好漢三個幫。SpaceX 畢竟隻是一家公司,資源畢竟有限。公衆常常隻看見 SpaceX 是一家商業航天明星企業,關注它的順利與失敗,卻忽略了在其上遊下遊的龐大的産業鏈體系,而這才是 SpaceX 從始至終賴以研發創新的關鍵。
在 SpaceX 發展早期,外包産業鏈就已深度參與其中。2014 年,獵鷹 9 與龍飛船有 522 項外包工藝流程。伴随技術定型,開始批量生産飛船。到了 2019 年,外包工藝流程擴大到 2070 項,在接下來幾年,規模上量的外包工藝,助推了整個供應鏈的成熟,讓如上種種創新技術能夠順利實現。
以制造外包爲例,2019 年 SpaceX 的外包加工商則多達 268 家,全部爲美國本土企業,涉及熱處理、電鍍、檢測、氧化、表面塗層、不鏽鋼鈍化、清潔、焊接等工藝環節,共計 2070 個工藝節點。
不止集合了上下遊産業鏈的技術,SpaceX 還在 NASA 的支持下,垂直集成整條産業鏈,保證自主可控。作爲鏈主的 SpaceX 内嵌于美國乃至世界産業鏈,使得整個行業都迎來了高速創新叠代。
所謂 " 鏈主 " 企業是指在産業鏈中處于核心地位,對産業鏈具有一定控制力,能夠發揮自身比較優勢、充分整合和利用外部資源、凝聚和協調産業鏈上下遊主體、推動産業鏈不斷創新和叠代的企業。支持 " 鏈主 " 企業主導全産業鏈創新是優化産業組織方式、完善産業創新平台建設的重要手段。
作爲鏈主,SpaceX 大刀闊斧地改革了商業航天領域産業鏈,找尋産業鏈上的成熟技術,吸納其核心人才,提高自我研發能力;同時,最大程度整合工業資源。值得留意的是,SpaceX 内部極爲推崇自給自足,打破以往分系統外采的模式,馬斯克看到了過去 NASA 強管理模式下和波音、洛馬等航天巨頭的博弈對抗,消耗了大量人力物力财力且效率低下,所以内嵌于産業鏈的 SpaceX 通過自主研發制造了火箭 70% 以上的分系統。
另一方面,SpaceX 提前布局制造、裝配、測試和發射的配套設施,自行把握任務節奏。總而言之,沒有對火箭發射産業鏈強大的掌控能力,就無法充分整合和利用外部資源,也就無法将工業産業鏈的完全生産力給激發出來,最後隻能成爲腐朽的行業舊有形象,在穩定采購訂單中官僚化,嚴重阻礙了産業升級和技術革命。
爲了保證對産業鏈的控制,首先要有清晰的産業鏈分類。
SpaceX 将其主導下的火箭産業鏈分爲了上遊零部件系統、中遊火箭制造及發射,下遊應用三個部分,最爲核心的零部件系統分爲箭體結構、動力系統、控制系統等分别垂直布局管理,不同的部分對應的都有細分的供應鏈對象。
面對龐大産業鏈,SpaceX 做了兩種做法,一方面并購整合資源,另一方面分散管理。
前者是爲了避免供應鏈過于複雜,導緻效率降低。這打破了以往發動機、電子設備、導航系統、地面支持設備等分系統由不同研制單位分别承擔的模式,采用扁平化組織和縱向整合、高度集成的設計模式,自主研發和制造火箭關鍵零部件。
由此,SpaceX 既是産業鏈中最強大的一環,也是整合産業鏈資源的推手。憑借對關鍵零部件和工藝技術的掌控來控制整條産業鏈,而不需像洛馬和波音公司必須與 12,000 家供應商合作才能制造火箭。
後者則強調不依賴單一供應商,引導供應商形成完全競争的格局,形成對産業鏈上遊的控制。通常來說,上遊供應商主要提供通用産品,價格和技術壁壘低,易形成買方市場,SpaceX 抓住這一點,用強大的議價能力壓低成本。
對于合作的供應商,SpaceX 設立了嚴格的準入門檻,所有供應商都要經曆試用期階段,并定期進行績效考核。SpaceX 所有供應商都要經曆準入、試用期階段,且要通過 ISO9001/AS9100 标準認證,才能最終成爲穩定供應商。成爲穩定供應商之後,SpaceX 還建立了責任負責制,構建科學、定量化的績效管理體系,運用計分卡實現評估指标及評價方法的标準化,倒逼供應鏈升級。
可以說,這一套組合拳下來,盤活的不隻有現在最吸引人目光的 SpaceX,還有其背後的火箭發射全産業鏈。SpaceX 就像那條鲇魚,告訴冷戰後沒了抗争動力和訂單壓力的波音、洛馬等官僚化的老航天企業,你們過去坐吃山空的日子,一去不複返了。
四、強政府,強市場
2006 年至 2018 年,SpaceX 從 NASA 和美國軍方得到的項目訂單高達 80 億美元,是整個公司營收的主要來源。截至 2021 年,SpaceX 共獲得政府支持經費 151.7 億美元,占總經費的 62%,其中 NASA 投資超過 50 億美元,這幾乎是中國載人航天工程自 1992 年至 2013 年間的總投資。
SpaceX 能夠以鏈主的身份整合美國火箭發射産業鏈,同樣離不開 NASA 的支持。如今美國航天能夠在有限的資源下迸發出更好的前景,本就是 NASA 不斷結構改革之後的結果。SpaceX 不僅是自然市場下商業航天的奇迹,更是在 NASA 強管理模式控制下,在計劃框架下有效運用市場規則的合理産物。
2003 年,美國發布了《國家航天運輸政策》和《美國國家航天政策》,NASA 逐步退出近地軌道業務,将其承包給私營航天公司,自己則專注于科學研究和深空探測領域,這宣告了商業航天市場的正式開放。
NASA 開始反思自己的問題。冷戰期間,NASA 建立的強管理模式的确取得了傑出的成績,無論是載人航天、載人登月還是航天飛機等新技術的研發都證明了 NASA 管理模式的高效。
但另一方面,銳減的預算讓各類隐患都暴露出來,其中極爲嚴重的就是被單一供應商限制,20 世紀 90 年代以來,美國航天工業被波音、洛馬壟斷,項目要價虛高且效率低下,嚴重拖累了 NASA 任務的推進。2003 年 NASA 的哥倫比亞号航天飛機發生事故,導緻 7 名宇航員喪生,這一災難意味着 NASA 體制改革已經到了迫在眉睫的地步。
在商業航天的改革中,NASA 形成了一種新模式:政府劃清标準範圍,企業則在框架内發揮自主性。全火箭發射上下遊産業鏈各環節中,NASA 和軍方會提供項目訂單、技術支持、發射場地資源。
NASA 通過其直屬分支機構将每一個領域都交給不同的供應商競标,企業仍然保留産品所有權,NASA 隻購買服務。
以固體火箭發動機推進劑爲例,推進劑的不同成分都由不同的供應商提供,NASA 和軍方會與企業協調,讓供應商競标或者幹脆自己投資成立合格供應商,規劃整個産業鏈。NASA 通過供應鏈平台,不斷扶持新的總承包單位,甚至自己成爲總承包商,去幫助新企業成長。
SpaceX 公司正是在這樣的環境下誕生的。例如,NASA 在 COTS 項目中把政府出資占比壓縮到 40% 左右,并在預研、檢驗生産、飛行展示三個階段對 SpaceX 和軌道科學公司提出了多個裏程碑指标。隻有達标後,才能确定進一步資金投入計劃,如果某家順利完成研制任務,NASA 将采購其發射服務,否則就延期直至績效達成或終止合同。SpaceX 在競标中完成了 30 多個裏程碑任務,才拿到最後的大訂單。
同時,尚在發展中的商業航天企業也會得到發射場地與航天技術支持。SpaceX 早期的三個主要航天發射工位均是租借了美國政府的,且享受空軍和 NASA 提供的支持服務,這無異于雪中送炭。而 NASA 也與 SpaceX 簽訂了一系列空間法案協議,分别由馬歇爾航空中心、噴氣推進實驗室、約翰遜航天中心承擔,且因隸屬于公司産權,SpaceX 可以沒有後顧之憂。
綜上所述,SpaceX 能取得如今的成就,離不開它對效率與技術突破的不懈追求,同樣不能忽略 SpaceX 以鏈主的身份,激活了火箭發射的全産業鏈。
這得益于 NASA 在冷戰後建立的政企合作新模式,将強政府與強市場結合。一方面将政府擺在監管、梳理、統籌規劃的位置上,另一方面則長期扶持商業航天企業,讓其在有限的市場環境下自由競争,發揮作爲商業企業的積極性。這不是慣常認爲的市場經濟野蠻生長,而是政府引領的資源集中,規劃發展的同時又充分放權。