“星艦”成功的秘密:馬斯克與美國官僚體制的戰爭


3月14日,馬斯克旗下SpaceX的巨型火箭“星艦”(Starship)第三次試發射取得重大進展:相比前兩次升空不久就炸,這次試發射達成多項既定測試目標,並且“達到軌道速度”。有人說這是宇航史上的“iPhone時刻”。然而,和探索太空進程一起被改變的,還有無數人按部就班的命運。

去年2月,美國《政客》雜志的一篇獨傢報道裡,采訪一位不願具名的民營航天業說客。這個受雇於SpaceX競爭者們的遊說專傢稱,當時業內對“星艦”即將到來(指去年4月)的試發射的期待既佩服又懼怕:“馬斯克的競爭對手們已經急到飆屎。”

這些大佬們怎麼也想不到,讓自己不得安生的日子,始於20年前的一封投訴信。

2004年春季,美國政府問責署(GAO)收到一封實名投訴信,痛斥NASA浪費公帑,將2億多美元的新發射系統開發合同不經過公開競標,直接給創立11年都沒做出可測試原型機、1年前剛渡過破產危機的Kistler公司。

投訴信中稱此舉“給市場傳遞極為負面的訊息”,要求GAO審核NASA這項無競標、隻有獨一承包商的合同的合規性。GAO審核後表示支持投訴方,NASA不得不於2004年7月撤回與Kistler公司的合同。重新招標簽訂的合同是:Kistler公司拿2.07億美元,寫投訴信的公司拿2.78億美元。

寫投訴信的人現在大可不必如此越級纏訪,他隨便在X上發個帖就能達到讓競爭對手吃癟的等價效果。因為寫這封信的人是埃隆·馬斯克。

當時,恐怕他也想不到,自己的這封信像是把水壩的閘門抬高一點點,盡管一開始水流不大,但終有一天奔湧而出的洪流讓航天業這條平靜幾十年的大河改道。

俄羅斯人的一口痰,吐出一個航天新貴

說起來,沒有同行們的襯托和激勵,也沒有今天的SpaceX和民營航天業局面。馬斯克成功造出重復用火箭,尤其得感謝俄羅斯宇航局的官僚。

曾有人在問答網站Quora上問起過一個軼聞:馬斯克造大火箭是因為被俄羅斯官員一口痰吐在鞋上,這種鳥事是真的嗎?該不會是都市傳說吧?

結果SpaceX初創之年的聯合創始人、航空航天工程師吉姆·坎特雷爾(Jim Cantrell)現身說法做答主,告訴大傢:這事是真的。

吉姆·坎特雷爾還補充細節:“我當然有資格確認真實性,因為自己當時人就在現場。我那時候是馬斯克與俄羅斯聯盟號火箭總工程師的翻譯,那俄國人的痰也吐到我的鞋子上。”

馬斯克做什麼,惹到俄羅斯技術官僚如此光火?

2001-2002年,馬斯克參與創建的Paypal被ebay收購。盡管被Paypal高層擠出公司,但馬斯克作為大股東分潤不少,成新晉億萬美元富翁。

剛財務自由的人愛追夢,馬斯克的拓荒火星夢可能不是說來玩的。成為億萬富翁沒多久,他就邀上幾個行傢,一起上莫斯科找俄羅斯航天局商洽聯盟號火箭的租賃或購買事宜,打算用俄制大火箭把小鼠或者植物先送到火星去,營建“火星綠洲”的溫室試運營項目。

其時,市面上的國際民用航天業務大都使用俄羅斯的火箭服務。雖然俄羅斯產品不是最先進也不是最高效,但勝在設計久經考驗、能用,且當時缺預算的俄羅斯宇航部門願意便宜租售運載空間。即使是NASA,也在近10年時間花39億美元購買俄羅斯聯盟號火箭的載荷,來把美國宇航員送上國際空間站。

然而,未來的世界首富在莫斯科經歷改革後鐵幕國傢官僚招商引資時典型的文化沖突。

俄羅斯航天機構的官僚們,與國內其他部門的同行習性無異,喜歡聊正事前先花幾天和外國客戶喝喝大酒、侃侃大天。當然,出席這些過場時,外國人得穿正裝,必須顯得把偉大的俄羅斯公務員當回事。

然而馬斯克覺得這種做派簡直不可理喻:誰錢是風刮來的,大傢都註意點效率,直接聊正事不好嗎?

而且馬斯克向來以著裝隨便著稱,就算見俄羅斯官員照樣球鞋簡裝出場。這下,俄羅斯官員被馬斯克的著裝和態度深切地得罪:這小子太不給面子,不尊重我們就是侮辱偉大的俄羅斯!

在雙方碰面兩三次後,馬斯克提到拓殖火星願景時的滔滔不絕,也讓俄方出席人員冒火:你老跟我方扯這些不著調的玩意,是來逗咱們玩的嗎?

當時聯盟號總工程師認為馬斯克 “是一點可信性都沒有的瘋子”、“是來騙走他視為子女的火箭產品的”,聽煩。他最後沖著馬斯克吐出那關鍵的一口痰,以此結束商洽。

馬斯克就算小時候被校園霸凌,發財後可受不得這種鳥氣,“大步沖出會場”。在回美國的航班上,反復念叨這事,立下自己開火箭公司的志願。

原NASA副總長洛裡·加弗(Lori Garver)對此事的評價是:“如果海倫的美貌讓千艘戰船揚帆駛向特洛伊,那俄國佬的這口痰就是讓千艘星艦發射向火星的源動力。”

極難伺候的老板

盡管馬斯克有這次羞辱做初始驅動,但創立一傢現在估值逾千億美元的宇航公司光憑一口惡氣難以為續。馬斯克的狼性搏命創業法則,在2000年代讓自己和雇員的日子都很不好過。

吉姆·坎特雷爾在2001年末SpaceX創立後,隻幹大半年就辭職跑路。20年後他自述原因:老板實在太難伺候。

在這位前同事的口中,當時還沒到三十歲的馬斯克已經顯現現在世界聞名的難以捉摸風范:“有兩個版本的伊隆:好人版和糟糕版,你不知道自己何時會遇上哪個版本。”

好人版的馬斯克,機智、風趣、富具魅力,常有金點子,很與員工合拍。


|2002年SpaceX全員在佛羅裡達州卡納維拉爾角的合影,圖中的墨西哥街頭樂隊現在還在當地餐館裡日常演出。

糟糕版的馬斯克就很霸道總裁:大吼大叫、挑剔員工、怨天尤人、無度加班。不行的永遠是員工與世界,犯錯的從來不會是他自己。

有次馬斯克凌晨3點鐘電話叫起來坎特雷爾:“你丫現在在哪?”

坎特雷爾:“睡覺啊,還能在哪?”

馬斯克:“還有活幹,趕緊來公司。”

坎特雷爾:“我才睡三個小時,扛不住啊老板。”

馬斯克:“我都沒睡你睡啥,趕緊來加班。”

馬斯克在Space X初創時,每次開會必講上火星。員工膽敢表示我就是來打工賺錢的、不想緊跟老板一起做夢,不免被馬斯克咆哮大罵等各種羞辱。

坎特雷爾說,自己不願靠挨罵掙錢,隻好辭職。他還提醒馬斯克現在的雇員們:你們的老板不僅要求員工努力投入工作,連思想都必須緊跟上。不然的話,馬斯克會用最惡毒的各種辦法治你,他很會這套哦。

這真能讓中國人感受到熟悉的味道,難怪馬斯克在中國如此多粉絲。

馬斯克自己也知道如此創業,結果難料。他在十幾年後公開回憶時提到:“我當時預期特斯拉和SpaceX都隻有不到一成的成功機率。在2002年開頭,我都不讓自己的朋友給SpaceX投資,要虧虧我自己的錢算。”

從底層理念上顛覆航天業

初創宇航小企業時的SpaceX,盡管員工會被老板狂暴壓制,但也有組織架構與激勵機制上的好處:NASA和洛克希德·馬丁這些官辦與準官辦單位的官場病沒。這其實是SpaceX成功的最關鍵處。

闡述此事最精準的,是牛津大學的傅以斌(Bent Flyvbjerg)教授。他去年發佈一篇題為《如何解決大型難題:“精細定制”與“流水平臺”的對比》的論文,比較NASA和SpaceX的最大區別。

以NASA為代表的大國宇航局們,造大火箭的思路和造大水壩、大形象工程的思路一樣:第一,不能出簍子;第二,意圖通過一件產品就獲得量子飛躍式的成就,解決一個大難題。

這種思路的結果,就是官營部門造火箭,永遠是力求完滿周到、萬無一失。從各個子系統的設計、實驗,直到總成最終產品的最終試發射,永遠用最復雜的方案、最先進的技術、最重復的流程。

如此的動機不難理解,在大國宇航部門們的眼中,科技創新是線性的、可控的、隻要養夠技術人才就能解決的。大火箭既是國傢的面子,也是自己部門的面子。要做就要做到十全十美、從登月到投放載荷到地球另一端都能做到。

如果火箭炸在發射臺上,國傢的面子、項目負責人的位子、項目預算的票子,不免都要跟著飄搖。

這種策略的好處自然是穩妥,幾乎沒有發生火箭炸給全世界看的事情。然而每個子系統太過復雜、安全裕度過高,總成後的重復冗餘度也過高。這些冗餘直接導致成品火箭的無用“死重量”(deadweight)過高,即使能上天,火箭的有效載荷重量自然要相對降低。

更突出的弊端,是每一個如此推出的太空航行器,實質上都是高科技版的精細作坊定制拼裝貨。預計工期肯定不夠用,預算也肯定會超支。別說成品重復使用、生產定規量化,就連設計方案都缺乏通用性。

航天業如果一直如此依賴大國宇航局們,想要真正商業化搞錢永遠無望。因為根本思路就與盈利可能背道而馳。

與此相對的,是SpaceX的真正突破:將流水線平臺、工業化生產的思路實質用在火箭整體成品的生產運行上。

為滿足商業化盈利的必需,SpaceX將宇航載具生產視為動態的、不斷適應的過程。因此火箭成品一是不奢望一步到位就完成終極宏大目標,二是控制成本,三是快速迭代滿足動態需求。

這種思路,帶來SpaceX的火箭特色:在成品能用的前提下,材質盡量廉價,子系統設計盡量簡化,總系統方案盡量通約化,技術能用既有成果就不自行開發。產品升級快,然而頭幾次實驗必然會炸。

官營宇航的精細定制,與SpaceX的流水線平臺,兩種思路的對比現在有顯著結果:

NASA 118次太空任務中,平均每次的預算超支額是90%;SpaceX的16次太空任務中,平均每次的預算超支額是1.1%。

NASA和SpaceX的每個項目都會延期交付。不過SpaceX是在4年內完成預期3年結束的項目,而NASA是在6-7年內完成預期4年結束的項目。

靠著前面寫投訴信拿來的款子,SpaceX在2005年制出“獵鷹1號”火箭原型機、2008年試發射成功;2012年“龍”飛船成功對接國際空間站;2015年“獵鷹9號”火箭初級首次成功回收復用;2020年首次將美國宇航員載至國際空間站;2021年全球首次成功將未經訓練的非專業平民機組安全送入太空、並且“星艦”首次在大氣層內試飛成功。

與之相對比的,是2006年NASA向洛克希德·馬丁定項的“獵戶座”載人太空器項目,現在還在測試各項子系統,整全成品載人重返太空和月球的目標尚未達成。

把成本壓到極致

SpaceX的如此思路,才讓民營宇航業真正成為一個私營公司有望盈利的行業。沒有SpaceX舉世皆知的降成本造火箭,別說達到馬斯克成天復讀的“每天生產一艘星艦”、“千艘星艦飛往火星”宏願,民營公司們現在還沒法和國傢宇航局們搶生意。

例如著名的拿不銹鋼造火箭,現在“星艦”箭體用的304L低碳不銹鋼,成本每公斤3美元,耐溫850℃,方便焊接。隻不過之前大都用來做保溫杯和水瓶,但隻要能使,馬斯克一樣拿來做火箭。

按吉姆·坎特雷爾所言,馬斯克一開始連火箭的燃料罐都不想自己造。當他告訴馬斯克造火箭沒有不造推進劑儲罐的道理時,馬斯克咆哮:“太貴!你給我去鹽湖城,大馬路上打聽油罐車哪裡造的,去找造油罐的鋼廠來發包!”

從後續成品來看,SpaceX的火箭還是自行設計生產的燃料罐,沒有如馬斯克所願,把公路上跑的悶罐車掛上火箭。

就拿“星艦”試發射用的猛禽2型發動機與猛禽1型對比,直觀就能看出猛禽2在猛禽1的基礎上做極大的簡化,簡直就像個未完工版本。


簡單來說,從外觀上能看出猛禽2比猛禽1少大量管道。外觀上看不出的,是猛禽2去除猛禽1上的大量傳感器、3D打印部件、法蘭凸緣盤。

SpaceX給出的解釋,簡直是降本增效學的標準答案:猛禽1積攢足夠的技術數據與運行經驗,所以為學習火箭引擎控制的傳感器、便於內部拆卸維修的法蘭凸緣盤、便於隨時遞補損壞機件的3D打印部件,都沒有必要繼續留在猛禽2發動機上。

因為大批部件被簡化掉,猛禽2的耐高溫必須冗餘也相應縮小,所以SpaceX還拆除助推器上的所有發動機護罩,光是這項就為猛禽2減重6噸。

這些改動對提升生產效率助益明顯,猛禽1型發動機2018年2月首次交付,突破第100臺產量大關的時間是約36個月後。而猛禽2型投產後的12個月內,SpaceX就交付超過200臺,整體的制造效率是猛禽1的6倍。

SpaceX的降本理念,現在已經為自己掙來世界民營宇航業無可置疑的龍頭寶座。

2022年以來,SpaceX給獵鷹9號單次標準發射標價6700萬美元,獵鷹重型火箭單次標準發射標價9700萬美元。這還是因為2022年美國通脹後漲過的價格。

而SpaceX打的價格戰讓同行們也不得不跟進。

2020年11月,由波音和洛克希德·馬丁這兩傢航天巨頭合資組件的聯合發射聯盟(United Launch Alliance),其老板托裡·佈魯諾(Tory Bruno)表示,大力神-5型(Atlas V)火箭的單次發射價格已從2.25億美元降到1億美元出頭。

歐盟的阿麗亞娜航天公司(Arianespace)也降低阿麗亞娜5型(Ariane 5)火箭的發射價格,據信它每次的發射成本約為1.75億歐元(2.13億美元)。


按CSIS智庫數據,做出的人類宇航史上各國大火箭單位載荷入軌成本比照圖

縱觀整個人類太空探索史,SpaceX按載荷重量的發射成本已經比蘇聯1960年聯盟號低97%。在SpaceX成功前,各國大火箭進入近地軌道的每公斤載荷發射成本最低也在1.2萬美元左右。而SpaceX的獵鷹重型火箭,成功把每公斤載荷的入軌發射成本打到2000美元以下。


|21世紀以來的各型大火箭單位載荷入軌成本比照圖

如此顯著的成本價格優勢,直接擠到各路競爭對手束手無策。按《經濟學人》雜志2021年的統計,單按收費發射的商業宇航載荷重量來算,SpaceX當時已經是世界第一火箭服務商。不管哪國的官營私營,沒任何一傢單位趕得上。


|《經濟學人》的統計柱狀圖

而2022年全球的成功入軌火箭發射中,SpaceX的發射次數是61,占34%;全球成功入軌衛星中,有2004枚是SpaceX為自傢和付費客戶發射的,占83%。

這種市場占有率下,已經逼得想仿效的後來者做不下去。在2023年初的衛星發射失敗後,英國維珍軌道公司不得不於同年4月宣佈破產,差不多和去年“星艦”試發射爆炸前後腳。

因為馬斯克的成功無法復制,維珍的老板理查德·佈蘭森2023年還想學人傢2016年之前靠頻頻炸火箭攢經驗的路子,股市和宇航界都不會給他這個機會。


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