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科學報 科學文摘 探索

SpaceX與NASA從競爭到合作,波音卻淪為「扶不起的阿鬥」?


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更新日期:2022218
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當初不服另起爐灶,現在讓對方服氣。20 年前馬斯克想購買火箭發射到火星,最終因價格太貴作罷。他登錄 NASA 官網,想了解火星探索計劃,居然一無所獲,這讓他非常失望。

耗時幾個月鑽研航空航天技術後,馬斯克大手一揮,決定成立一家太空技術探索公司 —— 自己制造和發射火箭,自己制定和實施火星探測計劃。

20 年後的今天,馬斯克成功了 —— 人們經常把他創立的 SpaceX 和 NASA 相提並論,甚至有人問:有了 SpaceX 還需要 NASA 嗎?兩者是你死我活還是合作共贏?

圖 |  SpaceX 改進後的火箭研發基地 (來源:weibo)

「兩者之間肯定是合作的更多一些,尤其是 SpaceX 要依賴於 NASA 的訂單才能獲得長足發展。包括最早的是貨運飛船、便宜高效的運載火箭。當然從長遠看兩者有一定的競爭關系。尤其是在載人登月和載人登火方面,NASA 的做法比較傳統,進展慢,成本高,如果跟 SpaceX 合作,可以更快更省。」 談及 SpaceX 和 NASA 的關系,全國空間探測技術首席科學傳播專家龐之浩告訴 DeepTech。

各國對太空探索活動的熱情,不僅僅來自於對太空的好奇或生產力的溢出,也包括國家競爭、科技提升、太空主動權等出發點。體到一個國家之中,研究院所和民營航天企業都是太空探索的重要主體。

圖 | SpaceX 航天中心(來源:Pixabay )

過去太空探索是政府的事,或者是政府和有實力的太空探索承包商合作進行的事。但誰都沒想到,此前太空探索的常態已經成為曆史,航天事業幾乎被 SpaceX 以一己之力顛覆。

作為一家私營公司,SpaceX 如今已成為航空航天私企中的翹楚,不僅能與波音、NASA 等實力更強、規模更大的同行競爭,甚至在某些方面發展領先。

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圖 | 獵鷹 9 號(來源:pixabay)

SpaceX 的核心競爭力,目前歸納起來有三個:

Falcon 9(獵鷹 9 號)和 Falcon Heavy(獵鷹重型), 這些火箭均是由 SpaceX 自主研發和發射的。這兩類火箭比傳統火箭成本低,具有價格優勢。因為這兩類火箭的助推器可以回收、翻新後再利用。

Dragon(龍飛船),龍飛船可以向國際空間站的太空艙運送人員或貨物,利用龍飛船運送非 NASA 宇航員也正在 SpaceX 的計劃中。

Starship(星際飛船),包括大型火箭和宇宙飛船系統,SpaceX 期望星際飛船可以實現人類永久移民火星的願望,該系統能將巨大有效荷載運往太空,為人類移居火星提供所需物資。

 圖 |  Starlink 樹立在平台上發射台 (來源:weibo)

除了上面三個具有核心競爭力的產品或系統,SpaceX 還有 Starlink(星鏈)計劃,未來將在近地軌道發射衛星共計 42000 顆,為全球提供衛星網絡。目前星鏈計劃已經發射了 1000 顆衛星。

以 SpaceX 為代表的商業航天發展趨勢是低成本、高效率地往返太空,對於 SpaceX 的成功,九州雲箭的創始合夥人劉洋有段恰當的評價:「由於人類本身和地球的渺小,特別是隨著天文和航天活動的深入人類愈發顯得渺小,使得探索太空,成為了一項開放性很強的人類科技活動。在這個大前提下,無論哪個國家,哪個種族在太空探索的過程中有了積極的發現,對整個地球文明而言都會是一個驚喜。」

為什麼是 SpaceX 顛覆了航空業

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面對 SpaceX 的成功,很多人會問:Why?為什麼 SpaceX 會成功呢?我們仍需要回到最初,去看 SpaceX 的發展史。

馬斯克一直想做改變人類,推動社會進步的大事業,機緣巧合,他先是加入火星學會,後來又創立火星生命基金會,再後來想把綠植送上火星。

而這項計劃需要火箭,當時馬斯克登錄 NASA 官網,沒看見 NASA 有任何探索火星計劃,這令他大失所望。他轉而去俄羅斯購買火箭,但連續往返 3 次,願望依舊落空。

這些並沒有讓馬斯克失望和退卻,他拿出圖紙對朋友說:「買不來火箭,咱們可以自己造啊!」 他甚至當場拿出一份表格,裏面清晰地羅列了一枚火箭從建造、裝配再到發射全過程的所有成本。 

2004 年 6 月份,SpaceX(太空探索技術公司)成立了。

馬斯克要探索太空的消息傳遍了美國,但大家都認為這是黃粱一夢 —— 馬斯克同許多心血來潮的富豪一樣,他就是個心血來潮的億萬富豪,他以為自己能征服太空,等到投資耗盡,毫不起眼的 SpaceX 會落得個無聲泯滅的結局。

圖 |  SpaceX 發射台 (來源:weibo)

但 SpaceX 熬過前幾次失敗,打了一個漂亮的翻身仗。SpaceX 的成功並非天意,歸納其成功原因,不外乎以下幾點:

人才儲備:在火星生命基金會曆次探討活動中,馬斯克留下志向一致的精英工程師。SpaceX 成立後,馬斯克親自出馬為公司招攬人才,至今馬斯克仍親自面試每位要入職 SpaceX 的工程師。

技術發展: SpaceX 在成立以後便瞄准當時被很多專家反對的液體垂直回收火箭技術路徑,面對行業內普遍的不看好,馬斯克選擇堅持做難而正確的事,以 「高技術」 換 「低發射成本」 的模式,在 2015 年隨著獵鷹火箭的成功回收開始彰顯競爭優勢。

源源不斷的資金:2002 年 7 月,馬斯克拿出 1 億多美元投入 SpaceX。2008 年 9 月 28 日,NASA 給了馬斯克一筆訂單,這份 16 億美元的合同,無疑是雪中送炭。現在,SpaceX 市場估值 200 億美元,並且陸續接受著投資和商業訂單。

務實專注的企業文化:馬斯克為公司的每一階段的目標設置了近乎瘋狂的時間表,所有員工都在為實現目標夜以繼日的努力。

 圖 |  Starship 軌道飛行器 SN1 發射台 (來源:weibo)

正如美國作家阿什利・萬斯(Ashlee Vance)在他對馬斯克專訪書籍《矽穀鋼鐵俠:埃隆・馬斯克的冒險人生》中說:「SpaceX 的做事原則是全情投入你的工作並把事情搞定。等待指導或詳細指示的人將會舉步維艱。習慣得到反饋意見的員工也是一樣。而最嚴重的錯誤,就是告訴馬斯克他的要求是無法實現的。」

NASA 和 SpaceX 的競爭和合作

美國航天業的競爭由來已久,SpaceX 的出現,打破了 NASA 與私營航天企業傳統的合作格局。

早在 2016 年10 月,「高大上」的政府合同商——波音公司 CEO 丹尼斯·米倫伯格(Dennis Muilenburg)在芝加哥舉辦的 「What‘s Next」 科技峰會上,表達了自己對火星的執念:「我相信,第一個登上火星的人,一定是乘坐波音火箭去的。」據估算,且不談 NASA 在 2030 年左右將 4-6 名宇航員送到火星的計劃,光是 SLS(太空發射系統)的前期開發經費就得燒掉約 600 億美元!

相比之下,馬斯克的火星計劃就顯得「簡單暴力」多了,SpaceX 才不想一次只送那麼幾個宇航員去火星,而是一次 100 個「殖民者」。馬斯克說自己家的火箭推力將是 SLS 的四倍以上,而且在 2020 年左右計劃開始執行之前,只需要約 100 億美元的研發費用。矛頭直指 NASA 及其合同商波音、洛克希德·馬丁等公司。

此外,馬斯克已經明確表示,SpaceX 只負責運輸任務,食宿問題和怎麼活下來就是移民者自己的事了。他以聯合太平洋鐵路公司(Union Pacific Railroad )為類比:SpaceX 創建輸運網絡,而不是殖民地,火星公民請自謀生路。

圖 |  Starship 燃料內容器 發射台 (來源:weibo)

2017 年 10 月 16 日,美國副總統邁克·彭斯在重組後的美國國家空間委員會的首次會議上發表了演講,正式宣布美國將重啟登月計劃。

當時境況並不樂觀,自 2011 年航天飛機退役之後,美國依賴的俄羅斯載人飛船,每人每次 7600 萬美元,面對天價美國也吃不消。由波音和洛克希德馬丁合資成立聯合發射聯盟在高峰時期,其單次發射任務高達 4 億美元以上。

面對內憂外患,培養新的參賽選手入場是美國的必經之路,SpaceX、Blue Origin 這些私營航天公司毫無疑問將會成為重中之重。在 NASA 及眾多私營航天公司中,SpaceX 很有競爭力,它單次發射報價則僅為 6000 萬美元。

目前來說 NASA 和 SpaceX 之間的競爭少、合作多。從性質上看,兩家完全不同,NASA 是由納稅人出資的行政性研究機構,其局長由總統任命,對政府行政部門負責,NASA 的預算則由國會立法提供授權和預算。此外,NASA 還可自由追求科研,只管探索太空,無需考慮盈利。

 圖 | 獵鷹重型(來源:SpaceX )

SpaceX 是一家商業性質的民營航天企業,如果沒有商業盈利,在資金鏈斷裂之後它將難以為繼。SpaceX 的進行的航空航天研究原則上不用經過誰的批准,在發展上受限小,發展速度快,在技術的突破上也比 NASA 快。

NASA 發展緩慢的同時,美國政府開始加強對私營航天的扶持。2005 年,時任 NASA 局長格裏芬明確表示:將會向商業公司購買服務。

2014 年 9 月,SpaceX 和波音一起簽署了一份合同 —— 將 NASA 的宇航員送入國際空間站。兩者的合同價分別 26 億美元、42 億美元。

2015 年,政策層面的保障,促進了美國民營航天的發展 —— 眾議院通過了《年關於促進私營航天競爭力、推進創業的法案》和《商業航天發射競爭法案》。

SpaceX 載人龍飛船項目得到 NASA 約 17 億美元的資金支持,而波音卻得到 NASA 約 28 億美元的資金支持。

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 圖 | 德克薩斯州星艦飛船中心的 SN5 和 SN6 飛船 (來源:weibo)

競爭確實存在,但 SpaceX 和 NASA的合作更多,主要體現在 NASA 對 SpaceX 或有意或無意的幫助上。

SpaceX 成立之初,核心團隊到處都有 NASA 的影子。SpaceX 的工程師有的曾供職於 NASA,長期從事航空航天事業,均是具有十年、二十年行業經驗的航天專家。

比如約翰・F・穆拉托雷,作為 SpaceX 發射首席執行官,他自耶魯碩士畢業後,進入空軍,從事航天工作長達 24 年,曾任 NASA 項目經理,主管 NASA 多個科研工程項目。包括 SpaceX 在 2020 年送上天的兩個航天員,都是有著上萬小時飛行經驗的老航天員。

正是這部分 NASA 前員工,利用豐富經驗,讓 SpaceX 少走了許多彎路,幫助 SpaceX 加快了技術研發的步伐,他們是 SpaceX 火箭、發動機、宇宙飛船建造技術的核心力量之一。

對此,劉洋告訴DeepTech:「在 SpaceX 發展過程中,特別是早期和中期發展過程中,也處處可見 NASA 的影子。在火箭試驗屢屢失敗時,NASA 仍然給予 SpaceX 研制任務,讓其有機會參與到 NASA 的研制項目當中去。而 SpaceX 的快速發展,看似給美國國家航天帶來了很大的壓力,實則有力補充了美國航天的發展,甚至引領了某一領域技術的發展,帶來了整個行業的巨大進步。」

為長遠發展尋找平衡點

NASA 需要對美國政府負責,如無意外,它探索太空的計劃不會突變,科技研發的速度不可能在短期內飛速提升。但 NASA 曆史悠久、綜合實力強,比起私營航天企業,NASA 更容易發現最前沿的太空戰略機會。

那 SpaceX 的項目目前有哪些進展呢?「星際飛船」 尚處於測試階段,馬斯克宏大的太空探索計劃已經出爐。

 圖 | 星艦(來源:SpaceX)

2020 年 2 月,「星際飛船」 原型 SN1 在測試中發生爆炸,在這之後,SpaceX 一直堅持該項測試。2020 年 1 月,馬斯克提出了每年建造 100 艘 「星際飛船」 的目標,如果目標實現,每年將能把 10 萬人送上火星。2021 年 3 月 4 號,也就是昨天,SpaceX 完成了 SN10 的測試,測試結果 ——SN10 著陸成功但因意外爆炸。

還有最近引起熱議的 「星鏈」 計劃,2020 年 10 月底,SpaceX 進行了 「星鏈」 測試服務,測試結果顯示 「星鏈」 的試用速度高達 160 Mbps,超過美國 95% 的寬帶連接。

2021 年 1 月,SpaceX 的 「星鏈」 服務開展到英國,並計劃從 2019 年到 2024 年,在 5 年時間內,將上萬顆衛星發射入低空軌道,為全球提供互聯網服務。

對於「星鏈」的發展前景,去年 6 月份,中科院計算所南京創研院相關負責人告訴媒體,「 ‘星鏈’ 計劃確實很瘋狂,但確實有一定底氣。國家層面,美國作為航天大國,在很多方面處於一覽眾山小的狀態;企業層面,SpaceX 公司在技術積累方面是航天領域的佼佼者;再加上擁有強大執行力和號召力的馬斯克。從個人角度出發,對‘星鏈’星座比較看好,因為它符合我們對未來的通信需求。但全球低軌寬帶通信系統,它不僅是一個技術問題,還結合了政治、商業等一系列因素。比如頻率和軌位問題,國家因為政治安全等因素的服務運營問題等都會影響著整個計劃的後續實施。」

圖 | SpaceX 衛星(來源:pixabay )

將來 SpaceX 和 NASA 很可能存在戰略合作,就像劉洋接受 DeepTech 采訪時所說:「由 NASA 發現最前沿的太空戰略機會,由民營航天快速突破相關關鍵瓶頸技術,並實現工程化和產品化進行機會實踐,一旦某項機會的探索獲得成功,便占據了一個高地。」

以 SpaceX 最新動向為例,其於 2019 年 7 月 26 成功實現的 「星蟲」 起跳試驗和 2020 年進行的 「星艦」 SN8 起飛 - 滑行 - 落地試驗,便是其 BFR 火星登錄火箭的一項關鍵技術驗證,而火星相對適宜人類生存並有大量甲烷的 「機會」,就是由 NASA 發現的,而 NASA 也給了 SpaceX 發展過程中的一部分經費支持。

在可預見的未來,SpaceX 會繼續基於 「猛禽」 重複使用液氧甲烷發動機,朝著利用未來飛船 BFR 攜帶宇航員和貨物登上月球和火星的夢想努力。

正如劉洋在接受 DeepTech 的采訪時所說:「老馬將互聯網產品思維與發動機、火箭研制進行了恰到好處的結合,同時選擇了看似瘋狂實則非常合理的技術路徑,在這條技術路徑指引下每一項研發都與其最終目標直接相關,在航天產品的研發上實現了快速而又相對低成本的迭代,異常難得地在航天產品的研發創新上獲得了非常高的效率。」

「SpaceX 除了帶給美國乃至全球肉眼可見的科技創新(重型獵鷹火箭、龍飛船、全流量補燃循環發動機液氧甲烷發動機、星艦飛船)、技術進步(發動機多次點火、深度推力調節、運載火箭整級回收、交互更方便的載人飛船)、估值瘋漲(從 2005 年 1.6 億美元到最新一輪融資估值 740 億美元)以外,更帶來整個航天業產品研發一種新思路。」 劉洋補充道。

在美國航天模式中,類似這種國家隊望遠鏡鎖定目標並指揮,民營航天企業快速實現推進到達目標的例子還有很多。

圖 | 國際空間站(來源:pixabay )

依照發展現狀,SpaceX 和 NASA 會在競爭中求合作,從更深一步說,全球範圍內無論是 「國家隊」 航天探測技術的還是民營私企的發展,都能喚起全人類對未來的雄心和希望,激發大眾的興趣,使人們保持對科學、征服未知和技術創新的熱情。

兩者的合作也能夠使雙方甚至人類受益,人類的未來和不同燦爛文明的延續的落腳點,不取決於變幻莫測的將來,而取決於今天的發展和探索。

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