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陳根:馬斯克的SpaceX,跑在太空最前線

/陳根

距離阿姆斯特朗1969人類第一次登月,已經(jīng)過(guò)去了51年。417日,NASA宣布,距離人類首次登陸月球50多年后的新一次登月計(jì)劃選擇馬斯克的SpaceX作為的唯一指定月球登陸提供商,簽訂28.9億美元獨(dú)家合同
對(duì)于馬斯克來(lái)說(shuō),這將成為SpaceX的又一巨大成就。SpaceX作為美國(guó)龐大的阿爾特彌斯登月計(jì)劃中唯一的一家登月艙承包商相當(dāng)于把美國(guó)的登月大業(yè)最后環(huán)節(jié)完全交給馬斯克的SpaceX,成敗在此一艦而對(duì)于NASA來(lái)說(shuō),這則是登月計(jì)劃一再延期后往前推進(jìn)關(guān)鍵一步
不論是商業(yè)航天航空的大放異彩,還是人類邁向更遠(yuǎn)深空走向宇宙,一個(gè)新的時(shí)代都正在到來(lái)。

  

為什么是SpaceX
重返月球的計(jì)劃的起源要追溯到幾年前。
201763日,美國(guó)總統(tǒng)唐納德·特朗普簽署行政令,由副總統(tǒng)麥克·彭斯?fàn)款^,重組美國(guó)國(guó)家太空委員會(huì)。同年1211日,特朗普簽署《1號(hào)太空政策指令》,更改了美國(guó)國(guó)家航空航天局未來(lái)的方針,要求后者整合現(xiàn)有資源,加快美國(guó)的探月、探火步伐。
 2019年,美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)正式宣布將新的月球計(jì)劃命名為阿爾忒彌斯(Artemis,與美國(guó)上一代月球探測(cè)項(xiàng)目阿波羅計(jì)劃(Project Apollo)呼應(yīng)在希臘神話中,阿爾忒彌斯正是阿波羅的孿生姐姐。
一再延期NASA最終將登月時(shí)間點(diǎn)定在了2024并于202051宣布,阿爾特彌斯登月計(jì)劃中的登月艙環(huán)節(jié)中標(biāo)商為貝索斯創(chuàng)立的航天公司藍(lán)色起源、NASA的長(zhǎng)期合作伙伴Dynetics以及馬斯克的SpaceX要知道, 月球登陸器作為月球之旅的最終環(huán)節(jié),在整個(gè)登月計(jì)劃中扮演著至關(guān)重要的角色。
在過(guò)去的10年時(shí)間里,NASA一直在耗巨資推進(jìn)能夠滿足登月需求的重型火箭和載人飛船的開(kāi)發(fā)工作,即太空發(fā)射系統(tǒng)(SLSSpaceLaunchSystem)和波音承接的獵戶座載人飛船,以實(shí)現(xiàn)將人類宇航員送入太空。而要實(shí)現(xiàn)最終登月,月球登陸器就是登月計(jì)劃中的最后一塊拼圖
NASA確定了中標(biāo)商后的10個(gè)月時(shí)間里這三家中標(biāo)公司將獲得來(lái)自NASA共近 10億美元的資金支持,并在此基礎(chǔ)之上推進(jìn)研發(fā)工作在總額近10億美元的撥款中,藍(lán)色起源獲得了過(guò)半的預(yù)算,達(dá)到 5.79億美元。Dynetics領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)獲得了 2.53億美元;而SpaceX最少,僅有 1.35億美元。
正是根據(jù)各家的研發(fā)進(jìn)展NASA繼續(xù)選擇資助對(duì)象和最終要登上月球的中標(biāo)者而意料之外卻又情理之中的,SpaceX最終拿下了這一登月項(xiàng)目,贏得美國(guó)航天局29億美元合同也就是說(shuō),在此過(guò)程中馬斯克擊敗了由藍(lán)色起源+洛克希德馬丁+諾思羅普-格魯曼公司+德雷珀公司組成的全明星國(guó)家隊(duì),還有Dynetics組成的小企業(yè)隊(duì)。
究其原因,一方面是SpaceXStarship在競(jìng)標(biāo)過(guò)程中展示出的對(duì)降成本、可持續(xù)性方面的強(qiáng)烈追求SpaceX在過(guò)去10年取得的進(jìn)展無(wú)可置疑,星艦(Starship作為SpaceX為未來(lái)星際飛行打造的新一代載人飛船,包括了底部的火箭助推器和上面的飛船,完全可重復(fù)使用的Starship除了能向地球軌道運(yùn)送衛(wèi)星,還能滿足向月球和火星運(yùn)送貨物甚至人的需求。
Starship在設(shè)計(jì)中自帶了強(qiáng)大的動(dòng)力系統(tǒng)、載人艙和儲(chǔ)物倉(cāng),登月方案也更簡(jiǎn)單直接將一艘Starship送至低地球軌道,飛船在地球軌道上將油箱再次加滿,以載著所有的載荷前往月球。也就是說(shuō),不需要指揮艙、登陸艙,Starship即可通過(guò)垂直起降的方式往返月球
盡管這一理想的方案在當(dāng)下更多還屬于天馬行空以至于在四次星艦試飛,均以失敗告終可以說(shuō),Starship是真正的“越炸越勇”。NASA并不能忽視Starship的潛力
SpaceX非常善于飛行、測(cè)試、經(jīng)歷失敗以及修復(fù)問(wèn)題。這是NASA選擇資助SpaceX的原因。 雖然Starship在測(cè)試中坎坷不斷,但NASA認(rèn)為這對(duì)SpaceX來(lái)說(shuō)并不新鮮。更重要的是,Starship項(xiàng)目如果成功了,將是一個(gè)巨大的轉(zhuǎn)變,能夠降低成本、提供一個(gè)新的方案,同時(shí)推動(dòng)航天事業(yè)成為一個(gè)商業(yè)活動(dòng)
另一方面,SpaceX中標(biāo)原因還在于拜登政府對(duì)登月艙經(jīng)費(fèi)撥款嚴(yán)重不足2021財(cái)年的載人登月艙預(yù)算就從申請(qǐng)的32億美元被狂砍至10億美元左右,雖然這是參、眾兩院的結(jié)果,而非拜登杰作但一定程度上已經(jīng)代表了政界態(tài)度。當(dāng)撥款只能滿足一家全力工作時(shí),那最終結(jié)果只能是價(jià)低者得
可以說(shuō),不論是對(duì)于NASA,還是馬斯克的SpaceX,這都是一場(chǎng)豪賭。

  


時(shí)勢(shì)造就馬斯克
馬斯克獨(dú)自獲得28.9億美元的固定額度合同再次讓馬斯克和其SpaceX受到了熱議。毫無(wú)疑問(wèn),馬斯克是科技創(chuàng)新界無(wú)法忽視的明星無(wú)論是TeslaSpaceX、還是腦機(jī)接口的NeuraLink腦洞之大前所未有,成長(zhǎng)之快也是前所未見(jiàn)。而馬斯克此次競(jìng)標(biāo)的成功,再一次展現(xiàn)了商業(yè)航天航空的無(wú)限未來(lái)。
商業(yè)航天航空的發(fā)跡還要從二十世紀(jì)美蘇爭(zhēng)霸時(shí)期開(kāi)始世界兩大陣營(yíng)的霸主以舉國(guó)之力進(jìn)行軍事和科技競(jìng)賽,而航空航天領(lǐng)域作為軍事和科技的集大成者更是成為雙方角力的核心戰(zhàn)場(chǎng)。在此期間天量的經(jīng)費(fèi)投入,帶來(lái)了科學(xué)技術(shù)爆炸式的發(fā)展,深刻改變了人類生活的方方面面。
好景不長(zhǎng),星球大戰(zhàn)計(jì)劃拖垮了蘇聯(lián)經(jīng)濟(jì),美國(guó)贏得了冷戰(zhàn)的勝利。正所謂兔死狗烹,鳥(niǎo)盡弓藏。沒(méi)了競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手,資源投入也一減再減。與蘇聯(lián)的太空競(jìng)賽勝利完結(jié)后,NASA的預(yù)算經(jīng)費(fèi)一落千丈,不得不與其他政府部門一樣,一同競(jìng)爭(zhēng)聯(lián)邦政府的有限經(jīng)費(fèi)1977年至2012年,NASA平均預(yù)算經(jīng)費(fèi)僅占非國(guó)防機(jī)動(dòng)開(kāi)支的5%
當(dāng)彈藥不再無(wú)限供應(yīng),NASA很快就發(fā)現(xiàn)之前的供應(yīng)鏈存在重大的弊病。美國(guó)的軍工復(fù)合體,也就是軍事工業(yè)集團(tuán),諸如波音、洛克希德·馬丁、通用等公司,在政府內(nèi)擁有很高的話語(yǔ)權(quán),研發(fā)合同的條款經(jīng)常被簽成按實(shí)際成本結(jié)算,即預(yù)算超支NASA也得繼續(xù)付錢。
于是,在經(jīng)費(fèi)嚴(yán)重不足、研發(fā)持續(xù)低迷以及軍工復(fù)合體獨(dú)大況下,NASA不得不考慮改革。1984年,國(guó)會(huì)通過(guò)《商業(yè)太空發(fā)射法案》,允許私人發(fā)射火箭。同年,NASA修訂憲章文件《政策與宗旨》,增添了一項(xiàng):國(guó)會(huì)稱美國(guó)的總體福祉,要求NASA盡最大努力發(fā)掘太空商業(yè)價(jià)值
于是,NASA發(fā)起了供應(yīng)鏈替代計(jì)劃,希望尋求傳統(tǒng)供應(yīng)商以外的新合作伙伴參與供應(yīng)鏈,用來(lái)打破傳統(tǒng)供應(yīng)商的挾持這也就是為什么NASASpaceX的合同簽約方式按節(jié)點(diǎn)付款,達(dá)到某一個(gè)約定的進(jìn)度付一次錢,沒(méi)有達(dá)到無(wú)論中間爆炸多少次或損失多慘重,NASA都不會(huì)為此買單。
這種簽約方式讓NASA的預(yù)算變得可控了很多,也給了新進(jìn)者入局的機(jī)會(huì)。至此,給到私營(yíng)公司參與航空航天的商機(jī)才算正式出現(xiàn)一線縫隙。而真正打開(kāi)大門的轉(zhuǎn)折點(diǎn)是2003年哥倫比亞航天飛機(jī)返回地球時(shí)爆炸解體,7名宇航員全部遇難。時(shí)任美國(guó)總統(tǒng)小布什宣布航天飛機(jī)計(jì)劃終止。
航天飛機(jī)計(jì)劃被終止了,但是NASA并沒(méi)有準(zhǔn)備好其他替代方案。此時(shí),美國(guó)還需要維持國(guó)際空間站的正常運(yùn)轉(zhuǎn),NASA唯一的選擇就只有付費(fèi)請(qǐng)俄羅斯幫忙將物資和宇航員運(yùn)輸往返空間站。
在這種慘烈的現(xiàn)實(shí)下,NASA正式公布了商業(yè)軌道運(yùn)輸服務(wù)計(jì)劃(COTS):希望有商業(yè)公司能夠低成本的承擔(dān)250英里高空軌道的往返運(yùn)輸任務(wù)此時(shí)傳統(tǒng)供應(yīng)商的技能點(diǎn)都點(diǎn)在了航天飛機(jī)這一科技樹(shù)上,對(duì)低成本可重復(fù)利用火箭上并沒(méi)有多少先發(fā)優(yōu)勢(shì),這恰好也給了SpaceX公平競(jìng)爭(zhēng)的機(jī)會(huì)。
20151110日,美國(guó)國(guó)會(huì)通過(guò)《美國(guó)商業(yè)太空發(fā)射競(jìng)爭(zhēng)法案》,25日奧巴馬簽字同意,法案正式生效。法案規(guī)定,未來(lái)8年將陸續(xù)給國(guó)內(nèi)商業(yè)航天公司派發(fā)執(zhí)照,允許私營(yíng)航天企業(yè)進(jìn)入外太空探索,以便促進(jìn)商業(yè)航天發(fā)展、開(kāi)發(fā)新能源,空間礦工對(duì)自己帶回來(lái)的礦物質(zhì)將保留所有權(quán)和使用權(quán)。
正是在這些計(jì)劃和政策的支持下,SpaceX這些年已從NASA拿到過(guò)2.78億、16億、26億美金三筆超大訂單從這一層面來(lái)說(shuō),馬斯克的成功也離不開(kāi)時(shí)勢(shì)的造就。 

  


跑在太空最前線
善戰(zhàn)者,求之于勢(shì),不責(zé)于人。當(dāng)然,如果僅靠勢(shì)能,今天被指定月球唯一登陸提供商的或許也就不是馬斯克了。馬斯克的成功,也是敢于想像、敢于創(chuàng)新和敢于失敗的結(jié)果
SpaceX成立于2002年,SpaceX成立之初的目標(biāo)就是,把航天發(fā)射的成本降到美國(guó)政府經(jīng)營(yíng)所需費(fèi)用的十分之一,將太空運(yùn)送物資和人員的風(fēng)險(xiǎn)也同步減少至以往的十分之一這在當(dāng)時(shí)對(duì)于眾多人來(lái)說(shuō)無(wú)疑是不可想象的SpaceX成立的那一年馬斯克剛賣掉Paypal的股票獲利1.8億美金
這么多年來(lái),SpaceX在研究火箭中,經(jīng)歷了無(wú)數(shù)次爆炸,跌倒后站起來(lái),又繼續(xù)跌倒,無(wú)休無(wú)止。2006年,SpaceX的第一枚火箭“獵鷹1號(hào)”火箭進(jìn)行首飛,火箭在升空25秒后失控旋轉(zhuǎn),墜入海中,發(fā)射失敗。2007年,“獵鷹1號(hào)”再次發(fā)射失敗,未能達(dá)到預(yù)定速度
200883日,“獵鷹1號(hào)”第三次發(fā)射,這次發(fā)射搭載了3顆人造衛(wèi)星和數(shù)百名希望將骨灰撒向太空的死者骨灰然而火箭在升空兩分鐘后開(kāi)始震顫,與地面失去聯(lián)系。連續(xù)三次發(fā)射失敗,給馬斯克和SpaceX帶來(lái)致命打擊,他的個(gè)人財(cái)富所剩無(wú)幾,僅能夠支撐最后一次發(fā)射
屋漏偏逢連夜雨,在金融危機(jī)的陰霾下,特斯拉瀕臨破產(chǎn),員工紛紛離職,馬斯克一度精神崩潰:“只有兩三個(gè)人留了下來(lái)。我沒(méi)想過(guò)我會(huì)精神崩潰,但真的崩潰了。”回憶起2008年,馬斯克說(shuō)那是他“生命力最灰暗的一年”,“一邊嚼著玻璃,一邊凝視死亡的深淵。”
在第三次發(fā)射失敗后,僅隔一個(gè)多月,SpaceX再次發(fā)射“獵鷹1號(hào)”,終于成功將首枚非政府火箭送入了太空。發(fā)射成功后,SpaceX成功接到NASA的訂單,得以存活下去。
而在此次月球計(jì)劃的競(jìng)標(biāo)中,把美國(guó)的登月大業(yè)最后環(huán)節(jié)完全交給馬斯克從技術(shù)上可謂相當(dāng)冒險(xiǎn)。因?yàn)榱硗鈨杉沂莻鹘y(tǒng)的阿波羅式登月艙,登月艙可以通過(guò)成熟的商業(yè)火箭或者美國(guó)航天發(fā)射系統(tǒng)(SLS運(yùn)送至環(huán)月軌道或者環(huán)月空間站停泊組裝,實(shí)際工作段只是著陸并飛離月球表面。
Starship的登月艙是個(gè)異類,其高達(dá)50米,重達(dá)約百噸,一個(gè)Starship大到能把另兩家登月艙都塞進(jìn)去還有富余,即使強(qiáng)如土星五號(hào)或者能源號(hào)火箭都無(wú)法將其送至月球軌道。
于是,唯一的辦法就變成了登月艙自己飛到月球,這就需要完整的可重復(fù)使用星艦系統(tǒng)完成開(kāi)發(fā)并且成熟,這就相當(dāng)于研發(fā)一款與SLS同級(jí)別的運(yùn)力百噸以上的真重型運(yùn)載火箭。并且,在這個(gè)過(guò)程中,Starship還需攻克大規(guī)模低溫推進(jìn)劑在軌加注技術(shù)并使之成熟,以及攻克Starship載人所需面對(duì)的一系列安全、技術(shù)和政策問(wèn)題。
這對(duì)于SpaceX無(wú)疑是個(gè)地獄難度不然也不會(huì)從去年12月到今年330日,星艦原型機(jī)SN8SN9SN10SN11都炸了。相較于另外兩家交付的只是全尺寸模型可能正是這種屢敗屢試的精神和強(qiáng)大的執(zhí)行力讓NASA做出了決定,哪怕是放四次煙花。
當(dāng)前,比之于50年前的人類的首次登月,美國(guó)這次登月的目的遠(yuǎn)不只是在月球表面踩個(gè)腳印、插根旗子。新一輪的登月計(jì)劃目的地不僅是月球,更是以月球?yàn)槠瘘c(diǎn),前往更遠(yuǎn)的星球。人類終將是要走向太空的,但也只有敢于想像、敢于創(chuàng)新和敢于失敗的人,才能跑在走向太空的最前線。
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