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目前世界上发展私营火箭制造的国家并不多,其中美国发展最好,先后涌现出几家公司,如空间服务公司(Space Services Inc.)、美国太平洋发射系统有限公司(PALS)、美国休斯敦航天服务公司、SpaceX公司和蓝色起源公司(Blue Origin)等。而SpaceX公司被认为是目前发展最为成功的私营火箭制造商。SpaceX的崛起为所有力图发展商业航天的国家和公司注入了强心剂,人们最关注的就是SpaceX为什么能够取得如此辉煌的成就?Musk的成功究竟能否复制?
“简单、低成本、高可靠”的SpaceX究竟从何而来?
抛去Elon Musk的种种头衔,他给人最大的印象也许就是“有钱•任性”。2002年10月,eBay出资15亿美元收购了PayPal,Musk一跃成为互联网商界的又一个亿万富翁。有钱的Musk随即成立了SpaceX公司,建造火箭工厂,并从NASA等航天机构及知名高校重金引进人才。很有小说《侏罗纪公园》里的哈蒙德博士那句“不计成本”的豪迈。也不由得让人产生疑问,在高风险,高投入的航天业内,花出去的钱还能收回来么?
“有钱•任性”的Musk却没有考虑过收回成本的规划,因为他对SpaceX的终极目标不仅仅定位于火箭发射公司。今年年中,Musk对SpaceX火星殖民计划进行的详细解读着实震撼了人们的眼球,即便只是“纸上谈兵”,但是那些只有科幻电影才会出现的场景,在未来几年开始实现,还是让人感到十分不可思议。那么如果将时间往前推进十几年呢?
是的,Musk的火星梦想可以说在SpaceX成立之前就有了,那时刚过千禧之年的Musk怀揣着几千万美元就开始着手实现一直憧憬着的太空梦,他赞助了火星社会(Mars Society)的社会团体并成立了航天专家关系网,并召集了航天业界的顶尖人才商讨脑洞大开的火星计划。业内人士都认为Musk是个很有远见的有钱人,但是航天专家还是对Musk的预算感到担忧,毕竟以当时的价格只花2000万到3000万美元,也就是刚够把火箭送地球而已,要完成一次飞往火星的任务那简直是天方夜谭。
在这里就要说说当时美国航天发射市场的背景。十几年前的美国太空发射被波音和洛马两大巨头垄断,两家公司在军方渐进一次性运载火箭计划(EELV)下研发新一代的低成本火箭。随后,这两家公司为调整业务降低成本建合资企业“联合发射联盟”(ULA),虽然两大巨头宣称合并后的项目成本大大减少,美国政府每年节约相关开支1至1.5亿美元。但一家独大的垄断格局还是很明显的,毕竟ULA成立后独揽美国空军、NASA和其它政府机构的火箭发射项目,可以说不愁没生意,发射费用也是异常昂贵,如果找ULA发火箭,2000万到3000万美元还真的不够。
在役火箭运载能力最强的德尔塔IV型重型火箭(LEO 运载能力比猎鹰9高一倍),发射费用在1.4亿美元左右,从接到订单到发射需要将近30个月
面对火星计划的第一大阻碍,Musk很快就明确了发展方向。既然发射成本高,那就降下来!2002年6月,Musk成立了太空探索科技公司(Space Exploration Technologies),计划自行研究专门运载小型卫星的中型火箭,将成本降低到规划水平。
SpaceX商业计划三部曲,目前已经成功进行到了第二步
围绕降低成本这一目标,SpaceX做了很多与众不同的事情。上期关于SpaceX的工厂布局里面说到过,总部工厂的各个业务板块都集中在大型办公场所中,员工之间可以方便的互相交流。而传统的航空航天公司,工程师们和机械师们往往都是相隔数千英里的。公司可以做到工厂业务板块的统一集成,是因为其零件都是尽可能自己制造,而不是零件供应商供应,包括箭体、航电设备、太空舱、移动发射台甚至火箭发动机都是自己制造。只要有可能,SpaceX就会争取比对手做得更快、成本更低、做得更好。
SpaceX降低发射成本的方法
2008年,SpaceX第四枚火箭终于发射成功,但在经历了前三枚火箭的发射失败后,Musk的个人资产山穷水尽,SpaceX和Tesla公司都面临着关门大吉的可能。另外公司还要承担猎鹰9号、Dragon号的研发,以及大量的人力成本支出。眼看着Musk快到连员工工资都拿不出来的地步,NASA伸出了援手。2008年底,SpaceX赢得了NASA向国际空间站提供12次补给服务的大订单,合约金额高达16亿美元,依靠这笔交易,Musk成功渡过了财务危机。而当时的猎鹰9火箭正在研发阶段,是什么让NASA选择了SpaceX作为盟友呢?
其实NASA的主要发射项目除了航天飞机,都是ULA提供的德尔塔4和宇宙神5号火箭执行,上文提到这两型火箭发射费用昂贵,而且准备周期漫长,NASA早已经对此相当有怨言。2011年NASA面临航天飞机退役后选择更经济的进入太空方式的问题。无论是ULA火箭还是俄罗斯的太空飞船对NASA来说都不是很好的选择。NASA必须选择有竞争力的公司投资合作开发新一代的太空飞船,而SpaceX就是合适的选择。除了成本可以降低之外,SpaceX没有大批的股东,相对于大公司,SpaceX在决策时非常灵活,更可以倾全力完成合同。如果SpaceX取得成功,那么NASA在的巨大投资之后,未来将可以实现低成本的太空旅行,SpaceX也将担负起载人航天的使命。
SpaceX获得的国际空间站运输合同
2014年,NASA和波音以及SpaceX签署的合约价值68亿美元开发下一代太空飞船,两家公司获得的合同价值分别为42亿美元和26亿美元。
NASA对民营航天领域的投资由来已久,2006年,NASA在商业轨道运输服务(Commercial Orbital Transportation Services,简称COTs)项目上投资了800万美元建设了2座发射台并签约了2家目标公司,其中就有SpaceX。同样在2006年,SpaceX还获得NASA的2.78亿美元资金资助用于开发猎鹰9。
在技术研究方面,SpaceX最大的后盾来自NASA。SpaceX有自己的研发部门,也有一批才华横溢的科学家、设计师,但其主要的技术专利,来自于NASA及其下属的戈达德航天飞行中心、约翰逊航天中心、肯尼迪航天中心、马歇尔航天飞行中心、斯坦尼斯航天中心和喷气推进实验室。为了一些项目的需要,NASA也常常会为SpaceX提供研发设备和试验场地,用自己的技术和设备优势帮助SpaceX更好的研发,并节约成本。
“猎鹰”9号火箭上使用的梅林发动机原型是NASA当年用于载人登月的Lunar Module Descent Engine,, NASA把梅林发动机的全套技术转让给SpaceX,SpaceX在原有基础上进行了改造和升级。
可以说“猎鹰”火箭和“龙”飞船的技术是美国几十年航天领域技术的集成和结晶,而不仅仅是SpaceX在短短几年内自己研制出来的。其中有“阿波罗”登月计划的部分技术和美国NASA的很多其他机密技术,NASA通过专利转让等手段,使得这些技术能够应用到SpaceX的太空发射之中,从而为NASA降低了卫星发射和空间运输的成本。
为了扶持SpaceX,NASA把自己的核心技术骨干派驻到公司,其中包括一批航天业内的顶尖高手。再加上SpaceX从NASA及行业内挖来的业界的技术精英,SpaceX拥有了一大批业内顶尖的技术人员,保障了其技术研发的成功率和对外融资的实力。
NASA局长Charles Bolden被认为是SpaceX的坚定盟友
作为投资方,NASA及下属的研究中心、产业设施与SpaceX还是商业合作的关系。SpaceX根据项目需要会向NASA发出技术需求,NASA做研究,最后SpaceX付钱、购买其完成的技术成果或专利。这些商业关系上的调整大大降低了航天技术的研发成本,缩短了研发周期。因为SpaceX的存在,NASA才有可能在近几年大力裁剪冗员,促使整个美国航天产业体系的劳动生产率都得到了一定的提高。
NASA也将火星旅行作为长期规划,未来与SpaceX的技术合作将更加深入
从SpaceX的经验可以看出,私营火箭制造商把降低成本作为重中之重,因为成本优势可以有效的争夺航天市场的份额,并在该领域拿到更多的订单。
此外,技术的可靠性也是非常重要的因素之一,私营火箭制造商要想争得市场份额,其发射成功率一定不能低于那些国有火箭制造商。这也是非常难以做到的事。
从外部环境看,国家一定要有鼓励私营火箭制造的政策,和美国比,欧洲虽然最早出现了私营火箭制造的项目,但是由于国家不支持,最终也成为政策和政治的牺牲品。而美国一直在鼓励太空商业化,政府还对私营公司给予技术支持。
最后,私营火箭制造商所在的国家航天技术基础也是关键,否则即使政府想采取技术支持的手段,也拿不出能解决难题的技术。
本文转载自微信公众号“高端装备发展研究中心(ID:wwwjixiezbcomcn)”,原标题《你不知道的SpaceX崛起史》
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