星舰成功发射，SpaceX 如安在美国打败科研的举国体制
来历：晚点LatePost
更多美国创业者开端从头审视商业的鸿沟。
文丨贺乾明 李梓楠
修改丨黄俊杰
2011 年夏天，美国国会和美国宇航局（NASA）一起宣告了一个雄伟的方案：投入 180 亿美元，开发史无前例的巨型火箭和新飞船，重整载人航天，也为之后登陆火星做准备。
这是一个天经地义的 “举国体制” 项目。国会拨巨资、政府组织（NASA）设方针，让协作几十年的军工巨子们推进。
几个月后，NASA 从巨大的预算里拨了个零头（不到 3 亿美元）给 SpaceX、蓝色来历等四家商业公司，让他们测验做出能自负盈亏的载人飞船。分工十分清晰：政府拓荒技能新边境；商业公司担任压低本钱。
13 年后，两个方向的效果距离巨大。3 月 14 日，40 层楼高、5000 吨重的星舰（Starship） 成功脱节地心引力，进入近地轨迹。这次发射没能完成 SpaceX 的悉数方针，推进器在墨西哥湾溅落前爆破、星舰途径大气层回到地球时损毁。但成功入轨现已是技能前进了一大步——人类总算有了推力、载荷超越土星五号的新火箭。
商业种子超预期生长。而 NASA 和美国国防工业主导的 SLS 在延期 26 次之后，仅在 2022 年发射了低配版别，还没追上土星五号。
两头功率相距悬殊。SpaceX 今日现已是个盈余的公司，自己花了 50 多亿美元研制、制作星舰。而 SLS 项目现已花了超越 238 亿美元。
SpaceX 有政府赞助。NASA 在曩昔 20 多年总计给了 SpaceX 135 多亿美元——大约相当于 NASA 半年多的预算。但这些钱不是研制补助，大多是让 SpaceX 发射卫星、送宇航员去空间站，对 NASA 有实践报答。
能做到这一步，SpaceX 靠的是商业国际中普遍存在的知识：快速迭代、寻求投入产出比、规划化出产、用廉价的通用设备代替专用设备。
SpaceX 的成功带来的启示不仅仅技能，还让更多创业者开端从头审视商业的鸿沟。越来越多的创业者挑选用新的技能和办法论去推翻本来被以为只需政府才干主导的范畴，推进航空航天、军工乃至可控核聚变的立异。
SpaceX 的超才能——穷
2002 年，埃隆·马斯克（Elon Musk）建立 SpaceX 的时分，许多 PayPal 的老同事都觉得他疯了，里德·霍夫曼（Reid Hoffman） 说：“这怎么能是一门生意呢？”
但马斯克不觉得造火箭是不能挣钱的，他以为太空飞翔需求少是由于发射价格贵得离谱，其时送 1 公斤设备上太空得花上万美元。只需 SpaceX 能下降发射本钱，就会有更多人为他们的火箭买单。有了满足多的需求，SpaceX 就能把火箭卖出去，挣钱造更好的火箭。
马斯克也只能这样想。创建 SpaceX 时，马斯克的总资产不到 2 亿美元，还不行 NASA 发射一次航天飞机。更不用说整个阿波罗登月方案耗资 250 亿美元（币值相当于现在超 1500 亿美元）。
他一开端想买俄罗斯的二手火箭来压本钱，但被 1800 万美元的要价劝退。《马斯克传》中写道，从俄罗斯回到美国的航班上，马斯克开端考虑研制火箭的可行性。他用 Excel 列出制作一枚中型火箭的一切资料和本钱，比方碳纤维、金属、燃料等。他发现选用传统的办法造火箭，制品本钱要比资料本钱多出 50 多倍。
马斯克由此想出了 “痴人指数”：核算一个产品本钱比资料本钱高多少，高的越多，越痴人。他以为，假如一个产品 “痴人指数” 很高，必定能够找到更有用的制作办法削减花费。
通过剧烈市场比赛的现代工业都不太 “痴人”，比方轿车职业的痴人指数能做到 1.5。但航天探究长时间被方案和指令所操控，意图是展现技能实力和准则优势，来自财政拨款的组织往往更介意安全，短少对功率的极致寻求。军方和 NASA 为火箭零部件制作提出数百种规范和要求，因而本钱昂扬，火箭上的一个阀门比轿车上用的相似阀门要贵 30 倍。
SpaceX 制作第一代火箭的时分，自己规划、制作了 70% 的零部件，剩余的零部件则找非航空范畴的供货商买代替品，帮它们改善技能以满意火箭发射的规范。
最终，SpaceX 成功发射第一款火箭猎鹰 1 号，只投入约 1 亿美元。相比之下，抱负轿车造出第一款车之前研制投入挨近 3 亿美元。
用猎鹰 1 号证明 SpaceX 能够成功发射火箭后，马斯克就将火箭收回当作有必要完成的方针：“每次飞翔后丢掉价值数百万美元的火箭，就像每次飞翔后丢掉一架波音 747 相同。”
SpaceX 用 5 年把它变成实践，现在也只需蓝色来历等少量组织能做到。
SpaceX 用的办法是互联网公司中习以为常的重复实验、快速迭代。马斯克以为，这是造出可用火箭的仅有办法。猎鹰 9 号的助推器成功收回前失利过 20 次。而这次星舰测验发射前，SpaceX 至少摧毁 10 艘。
此前的航天探究中，这样的折损根本不或许存在，也承受不起。NASA 主导的火箭项目，每次发射的本钱会到上亿乃至数亿美元。他们更倾向在发射火箭前，花数年时间和许多资金完善规划方案，尽或许防止爆破。
实验阶段的一次次失利后，SpaceX 得到牢靠且廉价的火箭。依据我国运载火箭技能研讨院预算，重复发射 10 次，猎鹰 9 号的单次发射本钱只需 2000 万美元，只需发射一次的 42%。假如一个猎鹰 9 号能重复发射 100 次，单次发射本钱会被摊销至 1600 万美元，只需本来的三分之一。廉价的价格帮 SpaceX 招引许多订单，上一年欧美发射了 147 次火箭，SpaceX 占比超 65%。
极低的发射本钱，也让 SpaceX 能在 6 年内往近地轨迹发射超越 6000 颗卫星，组成 Starlink 网络。据 Spacenews 测算，Starlink 2023 年营收超越 32 亿美元。
发射后正在进入轨迹的 Starlink 通信卫星。
极致削减本钱的理念贯穿星舰开发的各个环节。
包含 SpaceX 的猎鹰系列火箭在内，现在许多火箭的主体都用碳纤维复合资料制作，它能承受火箭突破大气层时发生的高压，不轻易变形。更要害的是，它还满足轻，能够有用下降火箭本身分量，让火箭冲向太空时多带点东西，或少用点着料。
SpaceX 试过用碳纤维复合资料当星舰的外壳，但制作几个大型部件后抛弃。它不耐高热，温度超越 200 度，碳纤维复合资料的强度会直线下降，想用得加隔热层，这会添加火箭制作难度和本钱。碳纤维复合资料还很贵，市场价每公斤 130 美元。再加上 SpaceX 用 “痴人指数” 改善火箭制作方法多年，现已难以大幅下降本钱。
SpaceX 选了更廉价的不锈钢当星舰的主资料，马斯克说这是 “SpaceX 做出的最佳规划决议方案”。
不锈钢很重。2019 年，SpaceX 用不锈钢制作的星舰原型重 200 吨，假如用碳纤维复合资料制作，大略预算会减到 40 吨。但不锈钢满足廉价，每公斤大约只需 4 美元。SpaceX 献身载重，能在一艘星舰上省超 400 万美元。
星舰前期测验画面。图片来自 SpaceX。
而且 SpaceX 还有同行不具备的优势，它能够与特斯拉联合收购下降本钱。星舰用的不锈钢和特斯拉 Cybertruck 上的来自同一家公司——芬兰的 Outokumpu。
用了更重的不锈钢，SpaceX 想尽一切办法削减火箭的分量。不锈钢耐高温，SpaceX 就削减不必要的隔热罩。SpaceX 不给火箭喷漆，也能够减轻部分分量。这次发射前，假如你扩大画面看发射架上的星舰，能够清楚地看到焊接痕迹。
硬件进步困难，靠软件和 AI 来补
星舰上用的猛禽二代发起机，推力刚到达 1970 时代美国航天飞机上运用的 RS-25 发起机的水平，只需登月火箭土星五号所用 F-1 发起机的 1/3。
但 SpaceX 一次装了 33 台发起机。传统火箭规划中，用更多发起机并不是最优选。操控一个发起机就很难，想要操控一群，难度会急剧上升。
星舰助推器 33 台发起机一起作业。图片来自 SpaceX。
1960 时代，美国宣告施行登月方案后，苏联的科学家也开端研制推力足以将宇航员送上月球的 N1 登月火箭。他们并联了 30 台发起机，但很难一起焚烧，也不能在飞翔中及时、精准地调整方向。N1 火箭发射 4 次，摧毁 4 次。苏联因而放置登月方案。
N1 没有能处理杂乱使命的核算机，但 SpaceX 能够用 GPU 做仿真测验。
SpaceX 的工程师能够模仿发起机作业状况，寻觅潜在问题，比方燃料没能充沛焚烧时，发起时机不断哆嗦，导致火箭飞翔不稳定，严峻时会让整个火箭无法载重飞翔乃至崩溃。现有技能没办法在发起机作业时给它做 “核磁共振”，软件模仿能够提早发现问题。
用许多老练的小型设备组成集群代替杂乱的大型设备，也是马斯克了解的核算机工业重复实践的办法论。
今日 Google、亚马逊、字节跳动等公司的数据中心所用的处理器和个人电脑里的没太大差异。数以万计的个人电脑等级处理器集群核算，代替了从前专门定制出产的大型机、小型机。
马斯克以此类比火箭说，假如只用一台或几台大型核算机，凡是呈现宕机，整个系统就会停摆，“火箭发起机也是如此。就算猎鹰重型火箭上有 6 台发起机呈现毛病，它仍是能进轨迹。”
AI 也被 SpaceX 用来辅佐研制发起机，确保它们能正常作业。
2021 年，马斯克开端诉苦猛禽发起机，它被规划得过于杂乱、制作工艺繁琐，本钱无法下降。
为了尽或许削减分量，SpaceX 的工程师去掉初代发起机身的大都电缆和管路，十多个阀门被集成到几个阀门中，用焊接工艺替代相似螺丝的紧固件来加强发起机的密封性。他们乃至还去掉了焚烧室内冗余的双焚烧系统，只留一个焚烧器，用高温高压的氧气和甲烷去点着其他的燃料。
硬件上的每一处集成都让发起机更难操控，每道阀门、管路都要承受比之前更大的压强。为了准确判别并操控发起机的流量和焚烧状况，SpaceX 工程师开发了一个 AI 模型，模仿测验新发起机各个系统，以便在实践发射时猜测发起机的状况和功能，并在要害时间进行准确调整。
在 AI 的辅佐下，SpaceX 工程团队 1 年内就做出第二代猛禽发起机，分量下降 400 公斤的一起，还让推力进步 24%，而且加快了出产速度。
猛禽 2 比猛禽 1 和 NASA 仍在运用的 RS-25（ SLS 火箭的发起机） 更小、轻，但推力与 RS-25 挨近。
另一边，“国家队” 还在翻暗斗时期的规划图。2015 年，NASA 拨款 11.6 亿美元，让军工企业 Aerojet Rocketdyne 重启 RS-25 航天飞机发起机出产线，为 SLS 火箭供给发起机。RS-25 年产能只需四台，每台本钱上亿美元。而 SpaceX 均匀每天就能出产一台猛禽发起机，本钱百万美元，未来方案下降到数十万美元。
像轿车工厂相同用流水线造火箭
简直一切制作业都遵从莱特规律——出产规划每进步一倍，均匀出产本钱就会下降 15%。但航天范畴简直没有出产规划可言。全国际每年只出产上百台火箭，像星舰这样的火箭更少，上一个与它体型、载荷、推力挨近的火箭是 NASA 上一年发射的 SLS，曩昔十多年只产了 1 枚。
SpaceX 是第一家打造了规划出产流水线的火箭公司。它的制作阅历许多来自特斯拉。
SpaceX 规划火箭时，会尽或许复用零部件，下降制作难度。星舰的外壳主体由数十个高两米、直径九米的不锈钢 “大桶” 焊接组成。这些不锈钢桶也是助推器 Super Heavy 的外壳主体。马斯克说，它仅仅更长、底部有更多发起机的星舰燃料箱：“建一条星舰流水线时，你根本上也有了一个出产 Super Heavy 的流水线。”
为了节约本钱，SpaceX 没用混凝土建厂房，而是搭大帐篷。航天记者埃里克·伯格（Eric Berger）慨叹，这当地就像珍珠港事情几周后的美国海军造船厂。
星舰安装现场。图片来自 SpaceX
像在特斯拉那样，马斯克让规划火箭的工程师一起担任火箭的出产，“安装线上的人要能快速逮住产品规划师，跟他们吐槽 ‘你疯了吗，为什么要这样规划’”。
《马斯克传》中写道，当马斯克走过 SpaceX 的安装线，他会在每个工位停下来，静静地盯着，跟团队争辩，拿掉或许精简一些零件。这跟他在特斯拉产线上的行为没什么差异。他还约请特斯拉高管调查 SpaceX 的出产线，用轿车制作的思路提出能够简化出产线的方案。
为了让工程师了解特斯拉产线的运作方法，SpaceX 财政分析师卢卡斯·休斯（Lucas Hughes）做了 PPT ，展现特斯拉的工程师怎么删掉剩余的工序和零件下降本钱。
每出产一枚火箭，SpaceX 就会迭代一次流水线，进步功率、缩短制作时间。2019 年，SpaceX 的工程师和技能人员制作第一艘星舰用了 8 个月。半年后，SpaceX 只用 1 个月，就能造一艘星舰。
考虑到星舰最终能重复运用，美国智库 CSIS 预算，运用星舰往太空中运送 1 公斤物资的本钱预计会降至 200 美元，只需此前最廉价火箭猎鹰 9 号的 7%、土星 5 号的 3%。
SLS 现已没什么比赛优势。上一年，NASA 的官员在交给美国政府问责局（GAO）的陈述中供认，SLS 的本钱高得无法承当，方案难以持续。他们找到美国国防部，期望对方收购 SLS 火箭送物资进太空，好协助军工企业下降出产本钱到 20 亿美元，遭到回绝。“咱们能够用更廉价价格买到相似的才能，对 SLS 不感兴趣。” 国防部担任火箭收购的官员承受采访时说。
不同职业、更多的 “SpaceX”
二战完毕后，美国持续沿袭战时的举国体制推进重要科技研讨。靠着这套系统，美国在暗斗时期用 7 年登月，出于战役意图研制了核算机、互联网、GPS 等刻画现代生活的技能。
暗斗完毕后，政府间比赛压力大幅缓解，现已成功的美国制作业巨子沉迷于将出产转移到其他国家，运用海外低价人力本钱，进步利润率。
只需少量面临剧烈市场比赛的公司，比方苹果，还会挑选掌控核心技能，让供货商代工出产。而大多有独占位置的公司为了财政报表美观一些能够抛弃技能投入，比方波音开发 787 时让供货商分管七成研制本钱，不再寻求对核心技能的操控，成为美国制作业空心化的代表。
至少有二三十年，美国人议论创业，根本都是在互联网等虚拟国际里做产品。零散呈现的硬件创业公司多聚集在消费电子。
现在航天范畴呈现一轮由私营公司主导的技能比赛。依据 Space Capital，曩昔十年全球有 1832 家太空公司拿到近 3000 亿美元出资，是同期 NASA 预算的约 1.5 倍。这些新公司大都像 SpaceX 那样，用商业的方法和新呈现的软件辅佐处理技能难题，尽或许压低本钱。比方亚马逊开创人杰夫·贝佐斯（Jeff Bezos）支撑的蓝色来历，现在全面临标 SpaceX。
还有一些卫星创业公司，挑选开发分量不到 1 斤、巨细不到半块吐司的微型卫星，送进近地轨迹组成不同用处的通讯网络。由于卫星满足小，制作起来比大卫星廉价，发射时也能用一枚小型火箭在太空中批量投进，布置本钱也低，就算运用一段时间后主动进入大气层烧掉，也能算过来账。
现已固化几十年的航空发起机职业，现在也有了挑战者。最近一期 YC 创业营中，有家叫 Astro Mechanica 的美国创业公司造出了更节约燃料的新式喷气发起机的原型机。
波音、空客所用的航空发起机，一般只在亚音速的巡航阶段有较高功率。而 Astro Mechanica 的发起机加装了电机，主动调整涡轮电扇旋转速度，能够在坚持功率的前提下加快到 6 倍音速。现在电动车的迸发加快了电机进化，让这样的想象成为或许。
军事范畴也在呈现一批创业者。最杰出的或许是军用无人机公司 Anduril，这家 2017 年建立的公司正在用 AI 改造无人机。在 Starship 进入太空的同一天，Anduril 的无人机在实验场上成功击毁一辆装甲方针。Anduril 的估值现已到达 85 亿美元。
新一代科技公司的产品演示视频，Anduril ALTIUS-700M 无人机进犯方针。图片来自 Anduril。
乃至连各国政府都不再保有热心的可控核聚变，也呈现了一批运用新资料和 AI 找突破点的创业公司。
作为硅谷创投风向标的 YC 创业孵化器，早几年根本没什么工业或政府项目相关的草创公司。SpaceX 成为一个典范，让政府看到了商业公司的能量，也激发了越来越多创业者用新技能改造政府和商业巨子主导的范畴。2012 年到现在，YC 孵化了超越 260 个工业或许与政府业务有关的项目。
许多创业者和马斯克相同，是外行进入专业范畴。Astro Mechanica 开创人伊恩·布鲁克（Ian Brooke）上一段创业阅历是造摩托车配件。Anduril 的开创人帕尔默·拉奇 (Palmer Luckey) 之前创办了 VR 公司 Oculus，然后卖给了 Meta。
新的创业公司也需求新的危险出资人。《纽约时报》上一年末报导，他们现已确认至少 50 名美国军方官员在曩昔五年内辞去职务，去风投组织当高管或参谋，协助辨认那些有潜力的创业公司。
2021 年末，核聚变公司 General Fusion 的开创人承受《天然》杂志采访说，可控核聚变现已到了 “SpaceX 时间”。更多职业正在进入这样的时间。
题图来历：SpaceX。
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