原創 微胖 機器之能
歷經各種超乎超人想像的高壓與失敗，SpaceX終於創造歷史，並且相比傳統航天飛船成本直降5000多倍。
某種程度而言，這是美國版「新基建」一個重大的裡程碑，通過促進低地球軌道空間生態系統的發展，增強美國民間力量進入太空的能力。
撰文 | 微胖
編輯 | 四月
一段十二分鐘的旅程，SpaceX足足等了十二年。
美國東部時間，2020年5月30日，美國佛羅裡達州卡納維拉爾角的 NASA 甘迺迪航天中心，載人龍飛船和獵鷹9號準備發射升空，將兩名太空人送入國際空間站。
點火發射，2分鐘後，獵鷹9號順利完成一級火箭分離；9分半後，一級火箭成功降落海上平臺著陸回收。
第12分鐘，獵鷹9號按計劃實現火箭二級分離，標誌著首次商業載人飛船測試的成功。
經過十幾個小時的飛行，載人龍飛船與空間站對接，兩位太空人甚至沒感覺到任何撞擊，「我們對它的表現非常滿意」。
歷經各種超乎常人想像的壓力與失敗後，SpaceX終於創造了歷史。與此同時，這也是美國版「新基建」一個重大的裡程碑，通過促進低地球軌道空間生態系統的發展，美國民間力量進入太空的能力得以增強。
美國總統川普和副總統彭斯在遠處觀看載人版「龍」飛船發射升空。
一
開著「本田雅閣」 去太空
幾乎所有的偉大都和自己最初模樣，相距甚遠。
十二年前，2008年的聖誕節，馬斯克甚至沒錢給自己第二任妻子買一份像樣的聖誕節禮物。「獵鷹1號」發射「三連敗」幾乎燒光馬斯克投進去的1個億，特斯拉也面臨資金鍊斷裂。
雷曼兄弟破產讓融資變得很難，擺在他面前的，不僅僅是破產，而是負債纍纍。備受生理煎熬的馬斯克會在睡著的情況下，爬到身邊的妻子身上開始尖叫。
位於霍桑的SpaceX總部
第一次嘗到製造火箭的艱難，是在2006年3月「獵鷹1」首秀失敗之後。一級燃料洩漏，導致發動機故障，火箭爆炸，搭載的衛星設備將車間的屋頂撞得粉碎。
因為一顆鋁製B型螺母（這次失敗的主要導火索），馬斯克與早期團隊關鍵人物、年輕工程師傑裡米·霍爾曼（Jeremy Hollman）大吵一架。馬斯克指責霍爾曼對這次失敗負有不可推卸的責任，而對這次發射傾注全部心血的霍爾曼不能接受這種指責。
一群工程師在酒吧借酒燒愁，第二日清醒後，立刻再戰。2007年，獵鷹1號第二次試飛，雖開局良好，但仍以失敗告終。
雖然事後迅速找到了原因，但是，不少工程師仍大受打擊，他們知道老闆的錢最多再支持一兩次發射。而且，霍爾曼離開了 SpaceX，這位年輕的工程師體現出馬斯克渴望得到的那類人才所具備的品質，很多人甚至擔心，少了他，公司會倒閉。
2008年，獵鷹1號繼續迎來三年敗。這也是最為艱難的一年，馬斯克後來形容那時的他們就像在冒煙。如果第四次也失敗，直接可以給 SpaceX 寫墓志銘了。
此時的馬斯克經常半夜做噩夢，與2002年那位要將植物溫室送入火星、寫過軟體但對航空專業還是門外漢的富豪，判若兩人。
當時，馬斯克天真以為3000萬就能將溫室送去火星。當被告知發射成本為六千萬到八千萬美元，他決定買一枚翻新的俄羅斯洲際彈道飛彈來完成任務，千裡迢迢飛去俄羅斯談生意，結果不歡而散。
在機場，馬斯克決定自己造火箭，他向同伴展示了電腦裡備好的「成本報表」，既然可以開著本田雅閣去太空，為什麼非要坐法拉利？
一位叫 Tom Muller 的人在這份表格裡增加了新型低成本火箭的性能和成本參數，並和其他早期成員一起完善了造火箭計劃。他不僅是馬斯克下定決心成立 SpaceX 重要支持者，也是公司聯合創始人和 CTO。據說，馬斯克將工號簿上的001給了他。
SpaceX CTO Tom Muller，火箭/飛船研發的總工程師，公司的絕對技術核心
2008年9月，獵鷹1號火箭第四次升空，成功地將虛擬有效載荷送入了軌道，給馬斯克帶來一絲曙光。與此同時，他也爭取到NASA一份16億美元的救命合同，計劃在12次計劃飛行中向國際空間站運送至少20公噸貨物。
「我甚至不能拿著電話。我只是脫口而出，『我愛你們！』」馬斯克事後回憶接到「中標」電話時，說道。
以這份救命合同為分水嶺，SpaceX 也進入到一個新的階段。馬斯克利用這筆錢飛速擴張，拓展新的發射能力。自那年起，他一口氣進行了十多次次發射，均無重大失誤，其中包括首次將私人貨機送往國際空間站。
2014 年 5 月 29 日，SpaceX 舉行載人龍飛船發布會，邁出了商業載人計劃的第一步；2019 年 3 月 2 日，SpaceX 完成了首次載人龍飛船的無人驗證飛行，並在2020年5月31日順利完成首次載人火箭發射成功，締造歷史。
截止到目前，獵鷹 9 的一級火箭已經成功回收了 44 次。據報導，獵鷹9號飛行一次要花6000萬美元，馬斯克希望可以便宜到同行無法理解的20萬美元。
締造歷史的這枚獵鷹 9 號重型運載火箭 Block 5 版高 70 米，重 549 噸，能夠向近地軌道發射多達 22.8 噸重的貨物。
二
馬斯克的「降本大法」
談及馬斯克的降本大法，首先需要確定的是龍飛船是相對簡單的飛行器，與NASA過去自己開發的複雜的深空載具無法相提並論。
他們實際上是貨運飛行器（裝上座椅運人，拆掉座椅運貨），與前蘇聯設計的一款載人飛船聯盟號不同，太空梭項目的前項目經理、現任NASA顧問維恩·黒爾（Wayne Hale）曾對媒體解釋道，所使用的都是基本保護，沒有氣閘、沒有機械臂。
位於甘迺迪航天中心LC-39A廠房中的載人版「龍」飛船和獵鷹9火箭。
就製造本身而言，高度垂直整合，幾乎所有配件都在內部生產，成為火箭和飛船成本能降下來的重要因素。比如，龍飛船總成本3億，其他公司飛船項目成本比這個數字高出10到30倍。
和特斯拉一樣，SpaceX 80-90% 的製造工作都是自己完成，包括火箭、發動機、電子設備和其他部件。相比之下，從俄羅斯和烏克蘭進口核心部件的競爭對手（比如 Orbital Science ）更像是組裝商。ULA（聯合發射聯盟，也是波音和洛克希德·馬丁的合營公司）為有1200多個供應商來幫助他們製造產品，頗感自豪。
除了自己完成製造，SpaceX 還自己設計了主板、電路、探測震動的傳感器、飛行計算器和太陽能板。他們發現，僅僅是一個精簡後的無線電裝置，不僅可以將重量減少20%，自產成本節省程度也讓人驚訝。
我國民營衛星公司九天微星的九天粒波（筆名）曾撰文探討SpaceX在主控系統的晶片組上極強的成本控制能力。
「以現有載人飛船搭載的星載計算機和控制器舉例，單個控制器價格為500萬人民幣左右，單個控制器價格為500萬人民幣左右，一共14個系統，為了追求高可靠性，每個系統1+1備份，一共28個控制器，成本總計約1.4億人民幣！
而SpaceX的龍飛船主控系統的晶片組僅用了2.6萬人民幣，成本相差5348倍！」
不同於其他公司對「太空級別」設備的孜孜以求，SpaceX的設備往往由現成的消費類電子產品製成。他們也經過多年的努力想NASA證明，普通的電子產品也足夠優秀，不遜色於更貴的專業設備。
即使針對供應商，馬斯克也有辦法說服對方「壓低」成本。比如，波音需要花５年和１個億造出波渦輪泵，馬斯克要求供應商將成本控制在１００萬美元，時間是１年。最後，供應商花了13個月做出來了。
「埃隆一直忠於自己的商業計劃並且實實在在地降低了航天工程的成本。波音和洛克希德以及其他公司都因為過分謹慎而花了太多的錢， SpaceX確實膽量驚人。」供應商曾對馬斯克傳記作者阿什利·萬斯透露道。SpaceX 甚至還有自己的試驗基地，絕大多數競爭對手使用的是政府的實驗基地。
「獵鷹9號」火箭的9個發動引擎
龍飛船
除了高度的垂直一體化，對新技術的開放和大膽採用以及工程師文化，也給製造成本的降低和工作效率提升帶了很多好處。
龍2飛船使用的超級德拉科引擎(SuperDraco)，也是有史以來第一個完全採用3D列印技術造出來的航天引擎，因為是由計算機控制點機械會用高強度鎳鉻鐵合金直接列印而成，不需要經過人工焊接，強度和性能達到了前所有的水平。
對自動化的追求也體現在 SpaceX 工廠裡。他們用一臺古怪的兩層樓高的機器，實現巨型金屬板焊接流程自動化，並成為競爭對手紛紛效仿的對象。
2014年11月，SpaceX霍桑生產車間正在組裝獵鷹9號1.1版火箭
無論是在特斯拉還是SpaceX 都可以感受到濃濃的工程師文化。就連馬斯克自己都說，他的生活中90%由工程師組成。
在特斯拉的車間，工程師、設計師以及產品團隊的辦公地點在一起，利用試產來快速學習、迭代、獲得生產產品所需的必備知識。
在SpaceX，畢業於常青藤大學的計算機科學家，負責機器設計的工程師和負責硬體製造的電焊工和機械師，都可以坐在一起。這在業內算是一個重大突破，因為傳統的航空公司都會讓工程師和機械師分開工作，在便宜的地方設立工廠，但工程師和機械師往往在千裡之外。
到目前為止，大多數初創階段的關鍵性管理人員已經在公司堅持了十年甚至更久。當然，普通工程師中的大多數人也至少工作滿五年，為的是拿到股票期權，並等到自己的項目完成。
在商業模式上，馬斯克追求「薄利多銷」。從來不指望發射一次，大賺一筆，寧願每次只賺一點並通過多次發射，通過規模效益和持續的技術改進，大大降低成本。
三
支柱 NASA：美國版新基建的跨越式發展
雖然2008年是馬斯克最艱難的一年，但是，轉機也在悄然醞釀，這一年歐巴馬當選為美國總統。沒有歐巴馬政府的推波助瀾，以及NASA在整個項目過程中的全方位支持，僅憑馬斯克一家公司，不可能實現這樣的壯舉。
當年，馬斯克熬夜一宿在NASA的網頁上尋找載人火星任務的信息，卻沒有找到任何實質計劃時，NASA——這個全球資金最充沛的宇航局的開支正日益捉襟見肘。
美國雖然在冷戰時期，創造出世界上最先進、最複雜、可以重複使用的太空梭，也曾嘲笑俄羅斯載人飛船的粗糙，時過境遷之後，太空梭卻成為NASA最為沉重的成本負擔。
除了舊式設計給太空人帶來的安全隱患，雖然太空梭可以重複使用，但是，作為最為複雜的太空飛行器，每更換一個零部件，背後是特殊加工設備和維護保養人員的高昂成本，越來越讓美國政府不堪重負。
由於太空梭維修期的存在，一年也只能實現五到六次發射，遠低於預設的一月兩次。當然，還有天價的發射費用。一次發射費用大約需要四、五億。
阿特蘭蒂斯號太空梭，2011年退役。
正是在這一背景下，上任於美國財政赤字和金融危機等加深之時的歐巴馬，力主要把燒錢的各種航天計劃予以停止，這使得新的太空梭建造計劃被撤銷，並提倡商業與商業太空公司合作。
有觀點曾分析指出，美國正在開展基礎設施建設。一方面，這樣做有利於加速流向美國已經基本成熟的民營航天產業。只要人才「藏富於民」，這個國家的航天科技人才的可持續增長，就有第二個更為穩定的基礎。
另一方面，在這個世界上，只有美國人，利用純民間資本，在大做太空旅遊等產業。這個產業蛋糕之大，能吸引人才和就業人員之多，也是超出估量的。
於是，就有了 NASA 的 Commercial Crew 項目，一個類似PPP（政府與社會資本合作）的模式變革。其主要目標之一就是，讓私人企業製造出下一代太空飛行器，將美國太空人送上軌道，而不是由NASA自己製造飛行器，在太空飛行器製造完成之後，這些私人企業還可以通過運營航天飛行服務來實現盈利。
從2010年開始，項目第一輪投資了約5,000萬美元。第二輪獎勵了2.7億美元，名單中第一次出現了SpaceX的名字。
Commercial Crew項目截至2015年的申請資金與已批准資金，來自維基百科
回過頭來看，獵鷹9號「上位」之後，公司將重心放在了一級火箭的回收和運載飛行，其實也與這個大環境變化有著密切關係。除了大環境，如果沒有NASA的全方位支持，馬斯克徒手也難以創造這一奇蹟。
比如，火箭人才方面。SpaceX 優勢之一在於擁有幾位經驗豐富的員工，他們都曾是波音之類公司參與過火箭項目，或者本身就是前太空人。
上世紀七十年代，阿波羅探月計劃相關的承包商一度僱用40多萬名太空專家，計劃中斷時，曾造成30多萬名太空工程師、科學家、經理和從業人員失業。2011年，太空梭先後停飛後導致的發射空檔期，又有數萬名人員失業，其中大部分將被民營機構消化吸收。
在技術層面，通過直接派駐技術人員和通過專利轉讓等方式，NASA 幫助 SpaceX 等合作夥伴發展和驗證了關鍵技術。
比如，NASA開放了「阿波羅」計劃中的部分技術，支持新興商業航天企業參與空間活動，如「獵鷹」系列火箭的「灰背隼」（Merlin）發動機就是採用了「阿波羅」計劃登月艙下降級發動機的噴管技術。
SpaceX 還通過與NASA達成協議，買到了PICA隔熱材料的生產工藝。PICA 是指Phenolic Impregnated Carbon Ablator，即酚醛浸漬碳燒蝕材料，是NASA阿姆斯研究中心為太空飛行器從深空返回而研發的高性能燒蝕隔熱材料，可謂是阿姆斯研究中心幾十年科研的積累結晶。
PICA甚至在阿姆斯研究中心的測試中短暫承受了7000°C，4.9千米/秒的高溫高壓氣體灼燒，這一溫度甚至比太陽表面還要高1500°C，被選為星塵號彗星探測器返回艙的底部隔熱材料
有意思的是，SpaceX的工程師找到了更加廉價的辦法，改進了基礎配方。所以，龍飛船一開始就可以承受從火星返回，進入地球大氣層時產生的熱量，但是，造價只有PICA的十分之一。
龍飛船隔熱罩
龍飛船進入大氣層時的狀況，耐高溫材料PICA-X保護著龍飛船（概念圖）。
值得注意的是， NASA給Commercial Crew供應商設置了非常嚴格的安全標準，而且這些標準也會隨著計劃的變化而演變。
目前，無論是 SpaceX 還是波音，都還沒有獨立達到這個標準，並且表示NASA必須在整個過程中通過「實質性幹預」為兩家公司提供幫助，NASA安全顧問曾表示。
NASA仍然具有深厚的專業知識，他們應該繼續運用這些知識幫助美國最複雜、最具挑戰性的太空系統的開發和執行。
四
權力交接
4月底，NASA已經與包括SpaceX在內的三家主要企業籤訂了初步合同，開發人類月球著陸器。公司還有望在2020年前得到美國國防部數十億美元的合同。
除了政府的合同，商業火箭運輸的市場仍然需要時間去驗證。事實上，2008年獵鷹1號第四次發射成功後，市場訂單並沒有如預期般，紛至沓來。至於技術層面，仍有許多人質疑可重複性火箭的可行性。
「如果到了因為死亡或者其他問題迫使你交出接力棒的那一天，但是，你的計劃還一直處於想像之中，你能否平靜的接受這個現實？」幾年前，Aeon雜誌記者曾問過馬斯克一個很有趣的問題。
當然要平靜接受，我已經考慮很久了。馬斯克回答說。「我一直試著構造一個世界來使得以下情況的發生最具可能性：即當我不在的情況下，SpaceX依然能夠繼續它的使命。」
「你會把接力棒交給他們嗎？」記者問道，當時，他正看著辦公室裡馬斯克兒子們的照片。
馬斯克曾計劃把這項事業交付給一個或者幾個機構，但是現在他認為家族影響力也許更加穩固。「我只是不想讓這項事業被那些利慾薰心的私募股權控制，」他說，「那將很可怕。」
主要參考文獻
1、[美]阿什利·萬斯：《矽谷鋼鐵俠 埃隆·馬斯克的冒險人生》，中信出版社2016年1月版。
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文章已於修改
原標題：《主控晶片成本直降5000倍！看馬斯克如何顛覆火箭製造》
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