SpaceX憑啥能跟中美俄這樣的航天大國比?_風聞
九边Pro-九边Pro官方账号-历史,金融,软件编码,产品经理沉思录03-17 09:42
為了寫這篇文章,上週末去航天院找我以前的小夥伴聊了下,他已經幹到了高工,擔任系統工程師,對火箭理解得非常深。不過正經事沒聊明白,有件事倒是很有啓發。
相信大家和我一樣,對SpaceX的實力感覺很魔幻,一個公司,怎麼就突然間和中美俄這樣的國家一樣,成了航天巨頭。
我那個小夥伴沒直接回答,給我看了下他和他13歲兒子最近在乾的事,他倆在家組裝了一個火箭模型。那個火箭儘管是個模型,不過正經火箭的那些部件一應俱全,什麼渦輪機,燃料罐,冷卻室,燃燒室,矢量噴口、通信單元等等,可編程可遙控。唯一的毛病是沒有燃料,不然真能飛起來。
這讓我很驚訝,因為在我印象裏,這些東西只有大學實驗室才有,我第一反應是他把航天院那些廢棄的東西拿回家給他兒子玩了。
他看出了我的疑惑,説他玩的那些零件,沒有一樣是從航天院拿回去的,事實上也不可能。
他説國內的某寶已經發展到可以買到所有的配件了,當然了,那些東西並不是給火箭用的,只是他們邏輯一樣,可以通用。然後把那些零件組合了一下,打磨了下接口,組裝在一起,就成了。關鍵是非常便宜,攢那些零件沒花幾個錢,還有不少是他在鹹魚上淘到的,更便宜了。他還説,他的同事和自己的兒子從某寶上買了各種配件,竟然拼了一架無人機(這個並不難,B站上就有相關視頻)。
他感慨地説,其實馬斯克做的事,跟現在他做的事差不多。
我的小夥伴在中國市場上能低價淘到火箭模型的部件,巴基斯坦人卻不行;
馬斯克能在美國市場上淘到低價的真火箭部件,其他國家的公司卻不行。
馬斯克最大的優勢,就是美國那邊火箭零件和材料隨處可以買到,而且那些零件非常成熟,故障率極低,還便宜,這種優勢在其他國家是沒法複製的。也正是因為有這種土壤,他那樣的天才才有發揮空間。
帶着這個理解,咱們再過一下SpaceX走過的歷程,不吹不黑,相信大家看完會有更深的體會。
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很多人説起馬斯克,第一反應就是他是“商業航天”的領軍人物,甚至不少人以為他是第一個這麼幹的。當然不是了,在馬斯克之前,已經有不少人在幹商業航天了,只是普遍做得不咋地。
馬斯克從事火箭事業非常晚,大概在2001年,他賣掉PayPal前後那段時間,成了個沒啥事幹的億萬富翁,閒得沒事幹,去參加了一個民間組織“火星社團”,從那時候開始和航天結緣。
本來每次這類聚會都差不多,大家聚在一起暢想下未來,討論下行業動態,一起合影留念,各自開車回家。馬斯克加入之後,説是要去火星搞個温室種菜,大家覺得沒啥新意,幾十年前就有人這麼想了。出乎大家意料的是,他説要去俄羅斯買兩個火箭回來,下次火星離地球近的時候就發射(火星離地球近的時候5500萬公里,遠的時候4億公里),然後就去了俄羅斯。大家才發現他竟然在玩真的。
那趟旅程後來沒談成,據馬斯克後來説是俄國人沒誠意,看不起他,不想賣。而俄國人説恰好相反,馬斯克靈魂砍價,人家800萬美元一個火箭,他上來就説800萬兩個行不行,俄國人立刻不想聊了,覺得這人就是個混子,跑到莫斯科玩來了。
有個廣為流傳的説法是,從俄羅斯回美國的飛機上,馬斯克做了個Excel表格,把火箭每個零件都單列出來,然後標上價格,最後一算,發現火箭的原材料只有售價的3%。原來馬斯克竟然自學了《火箭推進原理》和《天體動力學基礎》。
其實對航天那個行業稍微有點了解,就知道這都是後來胡編的,科學和工程是兩碼事,工程和市場又完全是兩個世界。有點像一個大學教通信的教授,他通信技術原理知道的再熟,他也不一定知道具體那些通信設備賣多少錢。
航天業還有個麻煩,那些業務都是B2B的,也就是公司賣給公司,價格什麼的不會發到網上,不是業內人,很難知道報價。
後來有SpaceX非常早期的離職員工説,那個表格是馬斯克在一個航天發燒友的博客上下載的,那人以前是軌道科技公司的科學家,幹過採購,離職後一直在博客上給大家普及航天知識。
那個博客的核心思想,就是告訴大家航天業看着是個超級工程,其實和造汽車沒啥差別。甚至比汽車容易得多,因為零件少得多,而且那些零件絕大部分都是現成的,你只要買回來,組裝在一起就可以了。NASA為啥幹那麼差?因為NASA官僚主義人浮於事,幾十年屁事不幹,成天在那裏A4紙上雕花。
現在來看,這人多多少少啓發了馬斯克。
説這些,並不是想否認馬斯克的牛逼,恰好相反,其實大家混江湖時間長了,就能發現“方法”,“理論”,“思想”什麼的都不值錢,很多一事無成的人談起道理來也頭頭是道。
關鍵是敢選中一個方案,然後承擔風險,投資資金和時間一直走下去。馬斯克最離譜的地方,就在於他看見什麼東西,就敢大膽地去做,一邊做一邊學,總能在匪夷所思的地方闖出一條路。
從俄羅斯回來厚,馬斯克很快找到了對後來SpaceX起到最關鍵作用的一個人,也就是湯姆·米勒(Tom Mueller)。
這人是技術天才,從小迷戀火箭,大學畢業後進入了TRW公司,在公司負責火箭引擎的研發。他自己在自家車庫裏搞了一個80磅的火箭推進器,可以產生1.3萬磅的推力,被譽為世界上最大的由業餘愛好者製造的液體燃料火箭推進器。
馬斯克很快通過圈裏人找到米勒,跟他深入溝通後,證實了之前的想法,米勒既瞭解火箭,又瞭解拼火箭的零件所需要的價格,最後一拍即合。
馬斯克當時套現退出了PayPal,有兩億美元現金,他出錢,米勒負責組團。依賴美國成熟的商業航天產業,很快就招聘到了對業務很熟的工程師,這些人知道火箭需要什麼配件,也知道去哪買。2002年6月,SpaceX在洛杉磯上線了。
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對於一個剛成立的小破公司如何在俄羅斯、波音、洛馬那樣的巨頭當中活下來,這事其實體現了馬斯克的真正洞見。
馬斯克在內部有過一個演講,他認為現在的那些超級公司,火箭運力是極度過剩的。
有點像現在市場上外賣小哥都開着卡車送貨一樣,每次都能送10噸以上的外賣,可是消費者望而卻步,因為他們只能支付得起半個燒餅錢的快遞費,來得到一份麻辣燙。
這就需要有人開發一種非常廉價的交通工具,小很多,單次配送便宜很多,每次送不了多少,但是非常靈活。你説那不就是個電驢嘛。
對,馬斯克開發的就是太空電驢。
國際上很多媒體公司,大學,甚至公益機構都想發衞星,衞星不值錢(便宜的衞星只需要五六萬美元),但是火箭非常貴,這就有點像麻辣燙不值錢,配送費超級貴大家沒法點餐一樣。如果搞一種便宜火箭,專門接這種被超級公司篩掉的單,也可以混下去,到時候一次發幾百個這種便宜衞星,也不錯。
恰好馬斯克又在美國,這個想法也就有了實現的可能性。也就是我們文章開頭説的那件事,為啥別的國家很難想象馬斯克那樣的公司呢?
因為沒有成熟的太空零件市場,你成立個公司,你想買零件和材料,你也買不到,如果全部自己手搓,一方面成本將會高到崩潰,另一方面零件沒經過迭代,穩定性也有問題,根本沒法用在火箭這樣對精度和可靠性有變態要求的產品上。
恰好美國那邊有極其成熟的市場,拼火箭就跟在中國拼衣櫃一樣,幾乎所有的零件都能買到,買不到的可以找公司定做,只要把需求描述清楚,就可以做出來。尤其是可以買到大量複雜的控制系統軟件,這些軟件如果自己開發的話,估計得搞到下輩子。
剩下的買不到的零件,原材料也可以買到,可以自己弄,大家要知道,那些太空材料在其他國家非常難搞到,不過在美國卻很容易。先在電腦上建模,然後用車牀和銑牀自己弄。
零件備齊後,再把這些零件整合在一起,反覆測試性能,這才是考驗工程師能力的時候。後來米勒也説當時出了無數問題,不過團隊裏的人都是火箭專家,一一解決了。
兩年內攢了個火箭發動機這事,讓國內的很多小夥伴自然而然地覺得馬斯克不可能有這樣的技術,肯定是NASA送的。其實如果瞭解美國,就知道根本不用那麼麻煩,直接買就行了,以當時馬斯克的體量,NASA看不上他。
可以説,馬斯克以大學生攢電腦的方式攢了一台火箭發動機。不過需要注意的是,剛開始那些零件都是買的,後來SpaceX壯大後,不斷優化每一個零件,自己做能省錢就自己做,完全不讓中間商賺差價,如今已經幹到了60%的零件自給(前幾年的數據,這兩年的數據沒查到)。
在馬斯克之前,各國生產火箭,都把火箭當成一個需要不計成本投入的東西,火箭上就應該用最好的,成本是最不需要考慮的。但是馬斯克不一樣,能用的前提下,能省就省,最招牌的就是把很多部件的太空金屬換成了不鏽鋼,能不省錢嘛。
最誇張的是,他們把火箭的計算機控制系統直接從1000萬美元幹到了1萬美元,最後還通過了NASA的驗收。這事聽起來像段子,不過確實是SpaceX的高級項目總監戴維斯自己説的。
馬斯克有個觀點,他認為,相同的零件,如果一個是車上的,另一個是火箭上的,肯定是前者穩定性和可靠性強,因為前者是經歷過無數消費者測試的,後者僅在極少數火箭上測試過。正是因為後者沒經歷過大量測試,所以才會堆疊大量的冗餘,導致價格高得離譜。讓他選,他就選前邊的。如果不是他確實這麼幹了,並且幹成了,估計所有人都覺得他腦子有問題。
計劃中這台“電驢版”火箭發動機起名叫“獵鷹”,來自《星球大戰》裏的“千年隼(Millennium Falcon)”,隼(這個字讀“筍”)和獵鷹一碼事,在英文裏都是Falcon。下圖就是獵鷹發動機:

2004年左右,馬斯克找到了他的第一個客户,也就是美國國防部想發一個小型衞星,其他公司的火箭都貴得離譜,於是找到了報價最便宜的馬斯克。馬斯克的火箭組裝得也差不多了,正在做最後的調試,於是欣然接單。
2006年3月24日,SpaceX開始第一次發射,不過這次發射很快成了個悲劇,火箭升空25秒之後就掉了下來,唯一的一枚火箭發動機也摔了個稀爛,好在國防部的衞星沒摔壞。用了一年才重新組裝了一枚,這枚表現非常好,一直上升,大家慢慢放下心來,然後又炸了。
這時候公司的錢只夠發射兩次了,如果再炸兩次,馬斯克的後半生倒沒啥問題,只是SpaceX肯定完蛋了。
重新組裝後,在大家望眼欲穿的關切中,火箭緩緩升空,然後又炸了。
SpaceX的員工懷着“明天就散夥”的心態又組裝了一枚,當時的資金只夠做最後一次發射。2008年9月28日,SpaceX最後一次嘗試發射,如果這次失敗的話大家就去投簡歷找工作。沒想到竟然成功了。
公司成立六年後,終於開張了。
3
不知道從啥時候開始,馬斯克有兩個大膽的假設,只要能攢出來一台火箭發動機,就可以攢九個,然後並聯在一起裝在一台火箭上。一台發動機的叫“獵鷹一號”,九台的叫“獵鷹九號”。只要今後工業化生產獵鷹發動機就可以了,這樣可以不斷提高可靠性,降低成本。需要大推力,就一直堆發動機,現在最大的獵鷹重型火箭,堆了29個火箭發動機。長下圖這樣:

把一堆發動機放一起,產生巨大的推力,這個解決方案好像明擺着的道理,可事實上火箭發動機並聯是一個世界級的難題。前蘇聯和美國曾經多次實驗,被炸到懷疑人生。太容易出問題了,畢竟十套發動機並聯,就像讓你連續十次投籃全中一樣非常難,隨便一個發動機出點問題,整個火箭就炸了。
所以那時候的方案是儘量不適用並聯,為了增加推力,就得把發動機不斷往大做,大力出奇跡,巔峯狀態就是土星五號那樣的巨無霸,接近40層樓那麼高,把人送上了月球。蘇聯也研發出了類似的N1火箭。這個火箭測試過4次,都炸了,本來想用這個火箭把人送到月球,最後也沒成功。
多説一句,很多小夥伴説那時候計算機和人工智能那麼弱,美國是怎麼做到在月球降落的,也不復雜,那時候沒有人工智能,可是有人啊,飛行員開着飛行器起降,經驗豐富的飛行員比啥芯片都好使。有點像日本的“迴天”魚雷打得特別準,因為魚雷裏塞了個人自殺式導航。
馬斯克的思路也很簡單,加了大量的檢測芯片上去,又設計了複雜的算法,一旦檢測到哪個發動機故障就把它停了,測試了幾次之後,基本已經成熟了。
此外還有那個火箭回收。
這似乎是明擺着的事,畢竟咱們出去上班,不會去一趟扔一輛車。可火箭重複使用在航天工程上卻是一件非常非常難的事,涉及回收中導航、姿態控制、熱防護、推力調整、高空橫向推進等技術難點,隨便點問題都可能導致火箭墜毀。
多説一句,為了讓火箭保持垂直下落,spaceX使用了柵格翼,前蘇聯研發的,咱們國家也在用,能增加飛行器的穩定性。也就是説,馬斯克不僅吸收美國的經驗,還廣泛吸收了全世界的經驗,下圖這個:

SpaceX從2012年開始驗證火箭回收的可行性,實驗了4年,摔了6次火箭,終於成功了。
由於不斷地降成本,SpaceX的獵鷹九號火箭單次發射成本約為6200萬美元(馬斯克私下表示還能賺30%),而其他航天公司的同類產品則需要1.5億到3.5億美元的發射費用。問題是SpaceX的成本還在急劇下降,重複發射次數越多費用越低,在火箭領域也是價格屠夫。
説到這裏,就有個問題,馬斯克這些招牌小妙招,包括發動機反覆使用和多發動機並聯,似乎是明擺着的事,初中生都能想得到,為啥在馬斯克之前,那些公司都不去做呢?
其實並不是想不到,也不是不想做,而是成本和風險,尤其是風險,會壓垮所有官僚組織的創新意願。
大家幹過研發就知道,任何創新都是反覆試出來的,火箭更麻煩,炸出來的。馬斯克的公司炸了四次他們要崩潰了,炸五次就要倒閉了。如果在一個官僚化的組織裏,炸三次領導就別幹了。
所以以前那幾個大公司,比如波音和洛馬一起成立了一個ULA,還有歐洲的ILR,這些體系裏每個領導都支持創新,都支持鋭意進取,可是任何創新都需要支付大量的成本,還有可能失敗,失敗了就得追責。領導又不傻,好不容易爬上來,眼看就要安穩高位退休了,為啥要去做高風險操作?
所以歐美航天也進入了“老頭政治”狀態,整體處於半停滯狀態,計算機和半導體這些年大爆發之後,那些老頭們卻極度抗拒把這些新技術應用到火箭上去,他們只接受自己年輕時候的東西,所有新東西他們都抵制,再説了,萬一自己批准的這些項目出了事怎麼辦?
所以巨頭堅決不研發新型發動機,上世紀90年代最後一台RS-86之後,美國就沒有新型發動機了,可以看作是整個航天業都進入了老年狀態。洛馬的明星產品“宇宙神V”和軌道科技的金牛座火箭,使用的都是俄羅斯的火箭發動機RD-180,沒啥原因,就是便宜而且穩定,不會出問題,官僚系統最怕出事,每次出事就會有人掉烏紗帽。
大家都這麼想,大家一起不進步,一起心安理得騙NASA的經費。
所以很多人説SpaceX是NASA親兒子,其實不是,波音和洛馬合作搞出來的那個ULA才是,只是NASA對這個親兒子越來越失望,也沒辦法。所以SpaceX以極低價格給國防部發了一顆小衞星後,NASA開始注意到這個小公司,並且一直在暗中觀察。
到了2008年12月,馬斯克因為現金流耗盡,徹底山窮水盡,天天在那裏糾結應該關閉特斯拉還是SpaceX。NASA送來了16億美元的大單,今後由SpaceX負責向國際空間站送物資,從此以後SpaceX徹底活了。
比較搞笑的是,馬斯克這人非常難相處,跟他相處過的人大部分極度討厭這人,他的前妻、同事,絕大部分對他沒啥好感,大家記得前文説的SpaceX最早期的元老米勒吧?後來也跟他分道揚鑣,特斯拉的創始人也被他趕了出去(馬斯克是投資人,後來成了CEO)。挽救SpaceX的美國新任航天局局長,曾經差點成為了SpaceX的聯合創始人,買賣不成仁義不在,也跟馬斯克關係非常差。
局長本來想看着SpaceX進墳墓,不過後來NASA官僚們一起進言,説SpaceX如果真死了,今後就只剩ULA一個傻兒子了,這個傻兒子自己不研發,一直在買俄羅斯的火箭發動機,沒救了。局長反覆權衡後,最後選擇了給馬斯克訂單。
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尾聲
很多人一直在探討中國和spaceX到底有沒有差距。
這個其實沒啥可説的,確實有差距,而且不小。這一點大家可以看看咱們國家的一些院士們的説法,還是挺清楚的。
上文也説了,SpaceX看着是個民營公司,其實背後是美國積累幾十年航天工業的土壤。我們發展的時間太短了,而且經費投入也沒法比。
NASA大約有40年是躺着的狀態,但是航天相關的那些領域,比如控制、材料、化學、通信等領域的發展並沒有停滯,反而依賴全世界人才流入,發展的特別快。
有點像諾基亞和蘋果的關係。在諾基亞停滯那些年,製造一台iPhone的技術已經全部成熟,是喬布斯把那些技術放到了一台手機裏。馬斯克也是一樣的,技術一直在前進,但是NASA和其他科技巨頭都停滯不前,馬斯克把最新技術重新整合了一下,塞進了火箭,經歷了一段時間低谷後迅速打垮了那些停滯不前的前輩。
其實大家去問問航天領域的人,就發現他們普遍對馬斯克並沒有多少惡感,普遍的看法是,馬斯克讓這個領域重新年輕了起來,又回到了美蘇冷戰那時候,每隔一段時間就有點新進展。
此外還有更實際的考慮,迫於SpaceX的壓力,國內是不是需要上馬新項目,有新項目就會提拔新人,增加經費就會給大家漲工資。可以説,特斯拉是汽車領域的鯰魚,SpaceX是太空領域的鯰魚。
此外還有不少人在爭論“民營航天”應不應該搞,爭論這個一點道理都沒。大家想想,如果我是個億萬富翁,有個航天夢,想招募幾個牛人去搞點研發,替國家分擔下科研壓力,解決一些高薪就業,就算成不了,也不用花納税人的錢,做成了成果是社會的,沒做成成本是我自己的,錢賠完我自己倒閉,我就問你,有啥道理不支持?
開放民營,某種意義上講就是讓民間有想法的大神用自己的方法去試試,國家啥也不用做,只需要把他需要的東西賣給他就行了,多贏。
這一點上國家想得很清楚,2014年已經開放了准入門檻,已經有民營企業開始搞了,今後我們也是兩條腿走路,政府和民營一起發力。
所以説吧,也不用成天擔心馬斯克比咱們強,沒必要,他試過的路徑我們也可以走,而且宇宙很大,不至於他進去了咱們就沒機會了。
而且咱們國家的航天事業一直髮展得非常穩,只是前期投入不足,還有些官僚主義,人才也跑了一些,今後投入跟上了,充分尊重人才,很快就能做得非常好。