馬斯克的星艦1年3次發射 對中國航天業有何啟示?


北京時間3月14日晚,馬斯克的太空探索技術公司(SpaceX)研發的重型運載火箭——星艦進行它的第三次發射試驗。在此之前,在這枚人類有史以來最大的火箭身上,已經連續失敗兩次。去年4月,星艦首次發射試驗,點火3分鐘後,火箭解體爆炸,最大高度上升到39公裡。去年11月,星艦第二次發射試驗,一二級火箭分離成功,但之後一級爆炸,二級失聯。

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第三次發射試驗之前,馬斯克已經在社交媒體上透露本次試驗的成功概率——“我認為進入軌道的可能性很大——80%”,在之前的兩次發射試驗中,即便這位以大膽冒險著稱的高科技創業者,也隻敢把成功的概率給到50%。

的確,這次,這枚裝備33臺猛禽發動機的“大火箭”看上去情況良好,沒有像前兩次那樣發生爆炸。

點火後9分鐘,二級火箭發動機燃燒完成,飛行速度大致足以進入軌道,星艦進入滑行狀態。

三次星艦發射對馬斯克意味著什麼?

星艦(Starship)是由SpaceX研制開發的超重型太空運載工具,由第一級超重級助推器和第二級太空飛船組成。星艦整體高度為120米,直徑為9米,起飛質量達5000噸,是有史以來運載能力最大的火箭。它最終的設計目標是實現完全可重復使用,能夠在發射塔上進行控制著陸,並在發射回收後的幾小時內再次重新發射。而且,星艦進入太空後,可以在幾百公裡高度的低地球軌道上進行燃料加註,補充燃料飛向更遙遠的目的地,如36000公裡的地球同步軌道、38萬公裡遠的月球和五千萬公裡以遠的火星。

第三次星艦發射,進入滑行狀態後,星艦沒有重啟發動機,被地球引力拉回大氣層。在SpaceX的直播中,人們看到圍繞在它周圍由極端高溫高壓產生的等離子體發出的鮮紅光芒,然後,信號中斷,星艦失聯。種種跡象顯示,它可能已經解體,而且,它幾乎不會到達印度洋的預定的著陸點。

當然,對於馬斯克和他的SpaceX來說,這已經是值得慶賀的結果。就在星艦昨晚升空的時刻,SpaceX的傳播經理就對媒體表示:“(這次),我們比以往任何時候都走得更遠。”

而就在星艦失聯的消息傳來後不久,馬斯克在社交媒體上發文:“星艦將讓生命跨越星球”。

這樣的表現與馬斯克和SpaceX對待火箭的態度有關,本次的星艦發射早已完成預定目標:達到軌道速度;星艦飛船和超重型火箭助推器的飛行距離都比之前的兩次測試更遠;SpaceX 完成推進劑轉移演示,並對星艦的有效載荷門進行測試……

根據CNN的報道,雖然本次的星艦失聯得比預期更早,但SpaceX從未想過重新使用這艘飛船,它原本計劃的結局就是墜毀。

事實上,SpaceX團隊對每次發射的預期不高已是常態。

早在去年4月,星艦首次發射時,馬斯克甚至曾表示,隻要不是在發射臺上爆炸,星艦飛不飛得起來,飛得多高,都是成功。

這是因為SpaceX采用互聯網行業快速推出新產品,快速迭代升級的方式。“星艦遵循小步快跑、迅速迭代的研發理念,不怕暴露問題,從一次次失敗中快速找到技術漏洞,優化到下一代的版本中。”通過一次次真刀真槍的發射任務,發現問題、解決問題,提高可靠性。而不是把時間花在長期、反復的論證和測試上。

有消息指出,星艦的研制,采用批量化生產的模式。第一批次星艦一共生產5個,這次雖然發射失敗,但馬斯克宣佈幾個月後還將再次發射。這種行為也體現馬斯克在商業航天方面的一個很突出的特質:冒險精神。

創業是高風險的,100傢企業創業,能有幾傢存活下來就算不錯,創新同樣也是高風險的。但SpaceX的每次發射都面向全世界公開直播,對發射失敗並不懊惱,甚至處之泰然。這是因為馬斯克有強烈的信心,認為最終一定能成功,這種底氣來自於他對技術的把控。這讓我想起在SpaceX發展的早期,剛開始研發獵鷹系列火箭的時候,馬斯克隻有1億美元。每發一枚火箭需要2500萬美元,前三次都爆炸,直到第四次發射成功,才讓他僥幸逃過破產的命運。

在獵鷹系列火箭回收和重復利用的試驗中,一些業內人士很不看好。在陸上回收、海上回收試驗中,多次發生爆炸。似乎對SpaceX來講,失敗不是問題。

太空探索是全人類共同的事業,任何一個參與者願意參與其中並積極嘗試,取得成功,在某種意義上也都是人類的成功。我們要正面看待SpaceX和星艦。在過去,火箭最重要的性能是運載能力,成本是次要的。現在火箭最重要的能力是性價比,星艦等新一代運載火箭的成功,將大大降低人類進入太空的成本,助力人類在群星間穿越。因此,對中國而言,也許,減少審批手續,降低政策門檻,推出激勵措施,鼓勵商業航天企業大膽嘗試,不斷創新,才能更好地應對星艦和SpaceX帶來的挑戰。

商業航天,同樣需要星辰大海夢

在2015年,以吉林1號衛星的發射為標志,中國進入商業航天元年,這一年,商業航天在中國正式破冰起航。那段時間,互聯網領域的BAT們也開始紛紛尋找機會進軍航天領域(可參見我當時的文章《2015,中國商業航天元年》)。自那之後,8年來,中國的商業航天取得長足發展,采用商業模式研制的火箭接連發射成功。但是,如果給予一定的鼓勵和支持,發展速度還可以更快一些。

2016年時,我還寫過一篇文章《未來二十年,載人登火星》,然而,現在七年過去,似乎離登陸火星的時間還需要20年甚至更長。各國政府層面還沒有載人登陸火星的計劃。幸運的是,馬斯克推出的移民火星計劃,似乎更讓公眾感興趣。

對一個企業的發展而言,企業傢的風格,決定這個企業的風格和前途。就像比爾.蓋茨之於微軟公司,喬佈斯之於蘋果公司,貝索斯之於亞馬遜公司。同樣,馬斯克的風格決定SpaceX的風格和價值取向。馬斯克並非隻有SpaceX,他還同時參與創辦移動支付工具Paypal、太陽能發電項目Solar city、時速上千公裡的超級高鐵項目、電動汽車特斯拉等。這些項目中很多相似的特點,比如,技術的顛覆性、項目實施的可持續性、產品推出非常高調、更新頻率非常快速等。

首先,我們要承認SpaceX是一傢商業航天企業,但它卻並不是普遍意義的民營企業。在歐美小政府大社會的模式下,大部分項目都會采用商業模式發展。SpaceX在創業的早期,招聘很多美國宇航局的航天工程師。美國宇航局通過專門的機制,轉移包括航天發動機在內的很多技術給SpaceX,特別是把給國際空間站送貨、載人等大額訂單交給SpaceX,幫助它度過危機。

作為一傢商業航天企業,SpaceX十分重視成本控制,一切因陋就簡,用夢想來激勵員工。在強調員工福利的美國,可以打地鋪,經常性地加班,成為員工的自覺行為,這與歐美強大的工會勢力對員工福利的要求似乎背道而馳。我們可以看到,在馬斯克移民火星,顛覆航天技術的感召下,員工的動力被激發,工會福利被放到一邊。當然,我們也要看到,這背後,也有馬斯克利用強大的輿論影響力(特朗普也是這麼幹的)來化解來自工會和輿論的反對聲音,以及,收購Twitter後,馬斯克同樣大規模減人增效,使加班成為常態。

星艦一旦成功,需要警惕壟斷

贊成SpaceX的勇氣和努力,並不代表著對這傢公司的全面贊成。

在馬斯克創辦的企業中,十分強調第一性原理。第一性原理是指將事物拆分成各種要素,分別進行分析,找到實現目標的最優路徑的方法。該原理源於古希臘哲學傢亞裡士多德提出的哲學觀點:“每個系統存在一個最基本的命題,這個命題不可違背,更不可刪除。”馬斯克曾經說過,存在一種好的思維框架,有點像物理學上第一性原理的推理(first principles reasoning),將事情縮減至其根本實質……因此,必須把問題徹底搞明白,才能從中找出那些最基本的東西。

星艦是在第一性原理的基礎上進行的顛覆式創新。這種例子,就像智能手機的出現對摩托羅拉和諾基亞的影響,幾乎顛覆整個手機行業。在這個意義上,我們要警惕SpaceX對整個航天產業的顛覆性。這種顛覆性我們在特斯拉汽車裡也已經看到——幾乎所有的電動汽車市場和傳統汽車市場都被特斯拉玩的團團轉。特斯拉把所有的零部件和技術掌握在自己的手裡,擁有巨大的降價空間,於是,隻要特斯拉一降價,其他的汽車廠商幾乎無利可圖,於是,特斯拉便擁有可以輕易壓垮對手的實力。

而在星艦的例子中,SpaceX批量化地生產通用型的航天器,包括載人飛船、貨運飛船、火箭等。在SpaceX的庫房裡,裝滿數十枚大大小小回收來的重復利用的火箭,以及排列得像森林一樣的猛禽發動機。這些航天器都是批量化生產出來的,具有穩定的品質,而且具有很好的通用性,減少個性化設計、生產和測試,導致成本大大降低。

一個令人印象深刻的例子,是SpaceX把日常生活中常用的門把手,作為航天器艙門的開關。因為馬斯克認為,生活中的門把手經過商品化數億次的檢驗,證明足夠可靠,比工程師設計一個航天器專用的門把手要可靠得多,成本也要低得多。

另一個例子是航天器上的芯片。因為航天器的芯片要經受發射時的振動和太空環境中的輻射,往往需要專門設計和測試,導致價格奇高。而SpaceX采用不同的路徑,它從電子市場上購買低等級的民用芯片,通過多個芯片的冗餘備份設計,實現高可靠、低成本。這樣一來,一枚芯片的價格就從幾百萬、幾十萬,降低到幾千塊甚至幾百塊。

在這種背景下,星艦一旦發射成功,意味著人類進入太空的成本將大大降低。屆時,除為保證國傢安全,各國需要保留小規模的自主航天發射能力之外,絕大多數的商業航天發射都會奔著SpaceX去,它手上的訂單會越來越多。訂單越多,它的經驗就越豐富;規模越大,對控制成本就越有利。這就像Windows系統對於計算機行業的作用,不管是誰傢的生產的電腦,最終都會采用Windows系統。這樣,便很有可能,以後不管是哪個國傢或哪傢公司生產的航天器,都會來找SpaceX發射,因為自己發射反而更昂貴。這是非常值得我們警惕的。

事實上,這種壟斷的苗頭已經出現。在剛剛過去的2023年,全球共發射運載火箭223次,SpaceX發射98次,占全球總量的45%。全球共發射衛星2945顆,SpaceX發射2514顆(主要是因為建設星鏈網絡的需要),占全球總量的87%,是其他傢總和的6.7倍。全球的入軌質量共1492噸,SpaceX的入軌質量共1286噸,占全球總量的86%,是其他傢總和的6.1倍。下一步,SpaceX很可能借助成本優勢,大規模接收國際訂單,逐步占領全球發射市場的主導地位。

幸而,中國的商業航天企業很多,據說有上百傢之多。既有體制內的國企和央企采用商業模式新組建的,又有純民間投資的。過去幾年,商業航天企業吸引一批人才。在過去三年的疫情期間,這些企業大多舉步維艱,現在疫情結束,又讓這些企業看到希望,特別是以中科宇航力箭一號火箭發射成功為標志,逐步突破商業航天企業火箭發射載荷重量能力的制約。接下來,有必要扶持一些上規模的商業航天企業,適當開放一些基礎底層的技術,促進其快速成長。

這些商業航天企業作為航天事業發展的第三支力量,有望通過高度的對外開放,在世界市場上爭取訂單。基於中國工程師的勤奮、智慧和高效率的交付能力,有可能在與SpaceX的競爭中,爭得一席之地。

回看中國的航天事業

要在國際舞臺上爭得一席之地,中國航天是有基礎的。

近年來,中國航天事業發展很快,在北鬥衛星導航系統、載人航天與空間站、月球與深空探測方面都取得巨大的成就。在國際上,中國航天事業相比歐洲和俄羅斯而言發展得更好,相比日本、韓國更是進步神速。

另一方面,中國航天事業長期堅持獨立自主,自力更生的原則,我們的所有核心關鍵技術都牢牢掌握在中國人自己手中。這樣使得航天產業的發展避免卡脖子,可以按照自己的節奏來發展。這樣的佈局顯然十分有利於行業的長期發展和可持續發展。

例如,探月工程分為繞、落、回三步走,從2004年開始啟動,到2020年成功實現。如今,開始探月工程四期嫦娥六號、七號、八號的研制工作。

在探月工程成功的基礎上,中國啟動天問系列行星探測工程,實現首次火星探測,後續將開展火星采樣返回、小天體探測和木星系統探測等。

載人航天工程從1992年開始啟動,同樣經歷三個階段,於2022年底建成中國空間站。

北鬥衛星導航系統於1994年啟動,經歷北鬥一號、北鬥二號、北鬥三號等三個階段,歷時26年。

在中國,這些長達二三十年的航天工程歷經幾代領導人,可以一張藍圖繪到底,這在歐美民主政體下是很難實現的。以深空探測領域為例,從80年代以來,美國宇航局經歷老佈什政府提出重返月球計劃、奧巴馬政府改成載人登陸小行星計劃、再到現在的拜登政府提出從月球到火星的計劃。這種翻燒餅似的政策調整,對行業的長期發展不利。

航天工程長遠規劃、分步實施,在中國特色的政治制度下更容易實現。這也是一位美國行星科學界同行與我交流時發出的感慨。

當然能夠有目前的格局,主要原因在於航天技術高度敏感,與軍事高度關聯,隻能依靠獨立自主。更得益於以錢學森、趙九章、孫傢棟、葉培建等一代又一代科學傢的戰略規劃和頂層設計,立足艱苦奮鬥,自主創新,開創航天事業的新局面。

與此同時,我們也要看到另外一支重要的力量——以太空探索技術公司SpaceX為代表的商業航天企業快速崛起。這些商業航天機構所帶來的兩方面進展,不得不引起我們的警惕。

一是星鏈,數萬顆衛星發射進入太空,讓全球各個偏遠地方、上網不方便的人隨時隨地通過衛星連接互聯網,而且上網成本正在快速下降,這對很多偏遠地區有吸引力。2021年5月,中國衛星網絡集團有限公司組建,相信在這方面的差距會逐漸縮小。

二是SpaceX推出的獵鷹9號系列火箭在載人和貨運發射能力、重復利用方面,技術已經成熟,極大地降低發射成本,大大降低人類進入太空的門檻。但SpaceX並沒有止步於此,通過超重星艦的飛行試驗,不僅大幅度提高火箭的運載能力,滿足載人登月的運載能力需求。而且在一級火箭可重復使用技術的基礎上,還在進一步發展二級火箭可重復使用技術。這需要我們考慮如何應對。


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