來源:學習時報 ,作者:許匯文
2016年4月9日,SpaceX(美國太空探索技術公司)成功在大西洋海上平臺回收“獵鷹9號”一級火箭,這是人類歷史上首次在海上實現火箭回收。這次成功不但證明海上回收火箭技術是可行的,也將使人類進入太空的成本大幅度降低,廉價太空時代已越來越近。
太空探索技術公司火箭發射與回收的歷史回顧
第一次發射失敗。2006年3月24日,“獵鷹1號”發射,大約25秒后,火箭失控墜落地面,原因是一枚鋁制的B型螺母因為在夸賈林高含鹽量的空氣中存放數月被腐蝕,發生了松動。第二次發射失敗。2007年3月21日,“獵鷹1號”從發射臺上一躍而起,一級火箭解體后一切順利,但后來由于推進燃料逐漸被消耗,剩余燃料在罐子里來回旋轉晃動,火箭開始擺動,設備失控解體,最后爆炸。第三次發射失敗。2008年8月2日,這次的“獵鷹1號”雖更換了新版的、調整過冷卻系統的“默林一號”引擎,但30秒后,當一級箭體和二級箭體進行分離時,火箭突然發生故障,發射再次失敗。第四次發射成功:“獵鷹1號”創造了歷史。2008年9月28日,“獵鷹1號”第四次發射,一級箭體脫離后,二級箭體“茶隼”載著虛擬貨物按照計劃開始了長達6分鐘的燃燒。整流罩在發射后3分鐘時打開并落回地面。最終,在9分鐘的旅途過后,“獵鷹1號”按照計劃停止工作。
第一次海上回收失敗。2015年1月份,第1次嘗試回收的火箭箭體降落時重重地砸到了回收船上。第二次海上回收失敗。2015年4月份,第2次回收試驗幾乎取得成功,火箭慢慢地垂直著陸在海上平臺上,但火箭在接觸平臺時沒有穩定,最終傾倒爆炸起火。第三次海上回收失敗。2015年6月,火箭發射升空2分鐘后爆炸解體。第四次海上回收失敗。2016年3月,第4次嘗試回收火箭箭體,但火箭沒有站穩,傾倒爆炸。第五次海上回收成功。2016年4月9日(美國時間)第5次嘗試回收火箭箭體,火箭一級與二級分離,第二級火箭繼續助推“龍飛船”進入軌道,一級火箭升空9分鐘后,在實時數據自行調控下完美降落在寫有“當然我仍然愛你”字樣的海上平臺上。
海上平臺成功回收火箭的意義
拓展軍事運用空間。2015年12月,太空探索技術公司曾經在佛羅里達卡納維拉爾角對“獵鷹9號”成功進行過地面回收。在陸地平臺回收,就如同讓你扔一根鉛筆飛過帝國大廈樓頂,然后讓其在暴風雨中返回落在一個鞋盒上;而海上回收,就如同讓鉛筆飛過帝國大廈樓頂后,精準落在一塊漂浮的橡皮上面,而且不能倒。火箭海上定點回收技術的重大突破為未來在精準投放、精準打擊和定點清除等軍事運用和武器裝備方面打開了不可想象的發展空間。
大幅降低創新成本。由于飛行軌道和慣性,火箭的降落點往往離發射點有很遠的距離,所以飛回陸地著陸場會需要額外耗費大量燃料,增加成本。而最節省燃料的回收方式就是將回收平臺搭建在火箭的自然落點附近,這往往是在海上。相比此前的陸地回收技術,海上回收技術再一次把成本節省做到了極致。所以盡管海上回收比陸地回收難度大得多,但是火箭發射成本更低,更具有現實意義。
開發火箭商用發射市場。太空產業有一個理論:如果一家公司能夠大幅降低每次發射的成本,并定期進行發射,則將會為商用和科研使用有效載荷打開一個全新的市場。
這次火箭回收的成功,意味著火箭很有可能被重復利用并承擔多次發射功能。按照估算,“獵鷹9號”火箭的制造成本高達6000萬美元,燃料成本僅為20萬美元,即使加上回收后的維修費用,完全有可能把火箭發射報價降到現在的1/20。這次火箭海上平臺成功回收技術創新形成的技術發明也必將進一步推動新一輪科技創新和美國經濟的發展。
火箭海上平臺成功回收的啟示
科技創新需要順應國家發展戰略并符合市場規律。NASA在SpaceX崛起中起到了決定性的作用。2006年8月NASA在SpaceX資金流即將枯竭之際,宣布授予2.78億美元以供SpaceX進行新型助推火箭的研發。SpaceX利用這筆資金開發了今天完成水上回收的“獵鷹9號”火箭。2008年12月,在SpaceX“獵鷹1號”第四次發射成功后,NASA選擇了SpaceX成為國際空間站的供應商,并向SpaceX支付了12次運輸費用,也得以讓SpaceX從破產的邊緣掙脫出來。
NASA之所以選擇SpaceX為合作伙伴,原因之一是冷戰結束后美國太空計劃放緩,不僅航天飛機項目被取消,把人類送上太空進行太陽系探索的計劃也一再超出預算并被延期。與此同時波音和洛克希德·馬丁公司聯合創建的聯合發射同盟公司費用高昂,使得NASA希望找到一家私有企業進行合作。而正是這種既順應國家發展戰略又符合市場規律的路徑選擇成就了SpaceX的成功。
科技創新需要發現和培養一批有夢想與激情、同時又敢于挑戰困難的科技企業家。馬斯克個人的遠見卓識是SpaceX成功不可缺少的重要一環。馬斯克創建SpaceX的初衷是尋找一個廉價的解決方案把人類送上火星進行移民,他認為成本應該被用來當作評判航天宇航領域每一項技術進步的標準。然而在訪問俄羅斯尋求購買火箭可能性的過程中,發現他所尋找的低成本火箭根本不存在。出于企業家的本能和夢想家的樂觀精神,決定在2002年建立自己的公司以尋求解決方案。
面對困難的決心和勇氣則是馬斯克制勝的另一大特質。航天領域成本高昂,風險巨大,馬斯克雖然投入了自己幾乎所有的資本,其他投資者也投入了一定的資金,但SpaceX還是曾一度瀕臨死亡的絕境。SpaceX最初的資金只夠公司進行3—4次發射試驗,且前三次實驗全部失敗,直到背水一戰的第四次實驗才取得成功,重新贏得了投資人和用戶的信心,并在這之后得到了NASA的救命合同。有夢想、有激情、在重大風險面前勇于貫徹自己的理念是馬斯克成功的關鍵,也是企業家推進科技創新的必備素質。
科技創新需要充分發揮民營科技企業的靈活機制和整合創新要素能力。馬斯克認為,隸屬政府的航天宇航機構,因其復雜的層級結構和官僚作風造成了航天技術成本居高不下,而解決方案就是將航天技術商業化。用商業上成熟高效的管理手段替代政府機關復雜迂腐的規章流程,用扁平靈活的企業結構代替官僚遲滯的大型機構。他曾在跟NASA的人員交流時說,合作必須以保持SpaceX獨立性為基礎,如果NASA增派一個人員對SpaceX進行監督指導,他就把對NASA的要價提高一倍。
馬斯克還認為通過垂直整合,消除傳統的航天企業中間層供需合作,把航天器械生產流程的每一環節整合在一家企業,這樣的超級工廠不僅整合了上下游產業鏈也能夠大大提高效率。此外,由于馬斯克的IT背景,SpaceX還在航天技術研發過程中大量借鑒了軟件工程的概念。比如在火箭設計上SpaceX應用了很多模塊化設計思想,SpaceX最初用于實驗的“獵鷹1號”火箭搭載一臺Merlin發動機,而這次進行水上回收的“獵鷹9號”火箭則搭載9臺Merlin 1C改進型引擎。這種由簡單模塊堆疊成復雜系統的思路使得火箭制造標準化,設計靈活性大大提升,進一步降低了成本。
科技創新需要雄厚的工業基礎與完善的產業鏈。SpaceX公司并不是白手起家。其成功得益于美國空天局和美國空軍過去數十年時間里對航天工業的巨額投資,美國航天工業具有世界上最高的技術水平和最完善的產業鏈,還有數量眾多經驗豐富的工程人員。SpaceX還大量使用成熟技術和成熟設備,SpaceX公司目前的主力發動機灰背隼1至關重要的噴注器來自于阿波羅計劃登月艙下降段發動機,發動機整體設計也源自天合汽車集團,SpaceX公司推進部門副總裁就是天合汽車集團公司的核心設計師之一。SpaceX的攪拌摩擦焊更是大路貨,只需要直接購買相關設備即可,這在很大程度上降低了火箭的開發費用。
科技創新需要金融創新的大力支持。創業之初,不包括馬斯克自己投入的資金,SpaceX 一共獲得了3.5億美元的私募投資,這些資金在SpaceX發展初期為SpaceX能夠存活下來起到了巨大作用。相比而言,SpaceX曾經的競爭對手RpK就沒有那么幸運了,這家當年和SpaceX 一起被NASA選中的航天公司因為沒能夠從紐約對沖基金及養老基金投資者處獲得資金,不得不在隨后宣布破產。與紐約略顯保守的金融家相比,來自硅谷的科技巨頭們顯然對于投資高風險高回報的新興產業更有激情和開放的態度,這也再次印證為什么硅谷多年來一直是全球創新創業的中心。
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