“航天黑马”马斯克开挂背后:美国为三十年航天失误补课


来源:魔铁的世界   时间:2020-06-05 12:00:53


划重点:

1美国整个航天飞机项目的总花费为2285亿美元,比造原子弹的曼哈顿计划和完成载人登月壮举的阿波罗计划的总花费,还多405亿美元。21993年5月19日,美国众议院科学、空间与技术委员会空间小组委员会举行了“国际发射服务竞争”的主题听证会。小组委员会主席拉尔夫 霍尔在致词中吐槽:“美国的商业发射服务市场份额已输给了法国阿里安火箭。”3有了政府的倾力支持,SpaceX公司迅速解决了成立之初面临的人才、技术、资金等问题,一路开挂,仅仅18年时间,就创造出可与波音、洛克希德.马丁这样的航天巨头匹敌的奇迹。

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编者按:航天集昂贵和高科技于一身,历来是大国的角力场,是国家意志支持下的烧钱马拉松,鲜少有私人资本染指。因此,当私人企业SpaceX进入航天领域,并在短时间内创造一系列奇迹后,迅速引发了行业内外的关注。SpaceX的迅速崛起,是创始人埃隆.马斯克个人打拼的结果,还是另有力量推动?SpaceX凭什么挤上传统航天巨头的游戏牌桌,开创出一个航天新时代?私人太空旅游离我们普通人有多远,会否引发一场产业和技术革命?为此,魔铁的世界将推出三篇系列稿件,分别从历史过往、商业模式和未来影响三个角度,尝试解读私营航天这一航天新物种。《“航天黑马”马斯克开挂背后:美国为三十年航天失误补课》是第一篇。

正文:

北京时间2020年5月31日凌晨3点23分,SpaceX公司的猎鹰9号运载火箭Block 5型,从佛罗里达州卡纳维尔角航天基地LC-39A发射场点火起飞。大约12分钟10秒后,火箭第二级与搭载两名宇航员的龙飞船顺利分离。

至此,SpaceX公司开创了商业航天首次载人飞行纪录,公司创始人兼老板埃隆.马斯克成为奇迹创造者。

如果回顾SpaceX公司的历史,你会发现这家公司简直就是开挂一般的存在:2002年成立时,还是十几名员工组成的“航天爱好者俱乐部”,缺人、缺技术、缺资金,到现在不过18年的时间,却已成为可以和军工巨头波音公司、洛克希德·马丁公司掰手腕的“航天黑马”,其航天成绩已等于一个航天大国。

图/小火箭(邢强博士)

马斯克凭什么创造奇迹?机遇抑或个人才华?

如果对SpaceX公司抽丝剥茧,会发现奇迹的背后离不开国家力量的推动。这股力量恰如翻卷的潮头,将马斯克和他的SpaceX公司送上巅峰。

一、全面押注航天飞机

推举马斯克的这股国家力量,源于美国为多年来航天发展失误的补课。

失误肇始于40多年前的美国国家航空航天局(NASA)战略押注失败,以及由此带来的连锁反应。

1970年初,在“阿波罗登月计划”顺利实施,并收割全球无数注意力后,美国国家航空航天局(NASA)还没从香槟的芬芳中回过味来,美国政府开始收紧钱袋子,限制航天预算。

一贯烧钱如烧纸的NASA哪过得惯紧日子,立时乱了手脚,决定先搞航天飞机,再搞空间站,两项合计需要约100亿美元。不久,NASA又发现超支,连忙改为先搞空间站,隔五到六年再上马航天飞机,这样能省下大笔钱。到1970年底,NASA又发现只建设空间站,没有低成本的发射系统,在经济和政治上都行不通。

咋办?推倒先前的计划,重点搞可重复使用的航天飞机,只能一次使用的运载火箭被踹到角落吃灰。

NASA本以为航天飞机能重复使用,可以省下大笔经费,但没有想到省钱只是理论推演,航天飞机实际是迄今为止最烧钱的大坑。

背负财政赤字压力的美国政府批准了NASA的计划。于是,命运的蝴蝶扇动双翅,美国航天工业在失误的坑里越跌越深。

1977年吉米.卡特(Jimmy Carter)主政白宫后,将航天飞机定为唯一的发射工具。

1981年1月,里根政府不仅延续了卡特的航天飞机作为唯一发射工具的政策,还推行运载火箭商业化政策,让其到市场经济的大海中冲浪,实际是放弃了改进运载火箭和发射设施的投资。

在当时NASA眼里,航天飞机怎么看怎么顺眼,我们可以神还原当时NASA局长掰着手指头向总统汇报的场景:

1、每2周发射一次航天飞机,每次飞行费用不超过3500万美元;

2、每次简单维修即可再次发射,从而降低对宇航员的要求;

3、由于能在固定机场降落,所以安全性较高,等等。

一切看起来都是那么完美。所以,1982年7月4日,在航天飞机第4次飞行成功着陆那天,美国政府出台《国家航天政策》,决定NASA将不再从波音公司和洛克希德.马丁公订购德尔塔和宇宙神/半人马座火箭。

同时,美国空军在1983年干脆利落地关闭了大力神火箭的生产线。

然而,看起来很完美的东西,却潜藏着巨大的缺陷。美国人真正用上航天飞机后,才发现这货就是一个巨大的坑:

1、航天飞机技术复杂,有3500个重要的分系统和250万个零部件,导致造价昂贵,每架耗资近30亿美元;

2、维修保养超级繁琐,每次飞行后,要把航天飞机全部拆开,逐一检查,导致运行成本极高;

3、每次飞行花费超过4亿美元,而不是预计的3500万美元。

事后统计,整个航天飞机项目的总花费为2285亿美元,比造原子弹的曼哈顿计划和完成载人登月壮举的阿波罗计划的总花费,还多405亿美元。

美国人想象中的航天飞机保养

实际的航天飞机保养

航天飞机太贵了,让美国政府头疼不已,以至于NASA背上了财政负担重(其实就是特别烧钱)的骂名,为后续的大刀阔斧改革埋下伏笔。

美国人在航天飞机的“坑”里交了2千多亿美元学费,还同时自废运载火箭武功,无意中给了欧洲和俄罗斯上位的机会。

二、成就欧洲和俄罗斯

美国人废掉运载火箭的算盘是这样打的:由于垄断了商业发射市场,逐渐停产火箭生产线的话,美国的运载火箭水平充其量只是停留在70年代初期而已,仍然能够和欧洲阿里安火箭竞争。

阿里安火箭从1979年12月首飞到1986年5月,总共发射18次,年均发射次数不到3次,其中还有4次失败了,其表现完全符合美国人眼里的菜鸡形象。

但事实很快就证明,这是打错了算盘。

航天飞机投入运营后,既要发射军用卫星,又要发射民用和商用卫星,发射安排越来越密,不堪重负,很快暴露出风险。1986年1月28日,在一个并不适合发射的寒冷天气里,挑战者号航天飞机强行发射,进行第10次太空任务。结果,升空73秒后,右侧固态火箭推进器的一个O形环失效,航天飞机爆炸解体,机上7名宇航员全部丧生。

挑战者号航天飞机失事,酿成7名宇航员丧生的悲剧

由于没有发射载具可用,不到7个月时间,美国就不得不将17颗卫星转给阿里安火箭发射,等于主动将自家的市场蛋糕拱手让给了欧洲。两年后也就是1988年,阿里安成为国际商业发射服务市场的主流发射载具。

美国当然不想欧洲做大,于是考虑拉苏联牵制,但碍于冷战关系,只能心里想想。

苏联解体后,俄罗斯运载火箭进入西方发射市场的障碍消除。1992年6月,老布什总统和叶利钦总统会晤,美国商业航天的对俄政策做出重大调整,同意积极考虑让国际海事卫星组织用俄质子号火箭发射其一颗第三代卫星。

1993年9月2日,美俄达成了发射服务的贸易协议。从此,美国和俄罗斯开启长达数十年的甲乙方关系,甚至还采购后者的火箭发动机。

但欧洲仍然是引发美国人焦虑的一块心病。

三、NASA成为靶子

1993年5月19日,美国众议院科学、空间与技术委员会空间小组委员会举行了“国际发射服务竞争”的主题听证会。小组委员会主席拉尔夫 霍尔在致词中吐槽:“美国的商业发射服务市场份额已输给了法国阿里安火箭。”

随即,听证会变成对美国航天政策和NASA的吐槽大会。

参加听证会的代表们一致认为,每个航天国家都在研制新型和改进型运载火箭,唯独美国没有。美国想要在商业发射方面处于世界领先地位,并真正具有竞争力,就需要一个新的国家发射系统。

谈到新的国家发射系统时,代表们迅速锁定靶子:

1、NASA和国防部的部分研究经费必须用于改进美国现有的发射项目;

2、新型发射系统要获得成功,必须考虑商业卫星发射的要求,而不只是NASA和国防部的要求。

为了强调运载火箭被废的严重性,代表们挥起危机感的大锤:美国的大部分市场份额已输给了阿里安,如果这一势头继续发展,或由于俄罗斯等国加入竞争而进一步恶化,那么美国的国内发射能力就有遭遇灭顶之灾的风险。

接着,代表们用“危机感”这把大锤,敲下了“国家安全”的钉子:美国必须搞清楚如何以及何时决定研制更好的发射系统,这对国家安全有极为重要的影响,对美国的经济也会产生重大影响,不能因为现在有部分人(指NASA)认为这一市场小,而坐视美国这一关键工业崩溃。

在“国际发射服务竞争”的主题听证会举行的当年,22岁的埃隆·马斯克依靠奖学金,已经在1年前转入美国宾夕法尼亚大学沃顿商学院攻读经济学,后来感觉经济学不过瘾,干脆修了一个物理学学士学位。

学生时代的马斯克

大学期间,马斯克开始深入关注互联网、清洁能源和太空这三个影响人类未来发展的领域,互联网让他挖到第一桶金,有了和变革后的NASA产生交集的资本。

四、恨铁不成钢的波音和洛马

“国际发射服务竞争”的主题听证会结束两年后,即1995年,美国政府启动一次性渐进运载器 ( EELV) 项目,打算通过培育军用和民用卫星以及商业卫星发射市场,来重振美国火箭工业, 改变落后状况。

美国仅剩的两大航天巨头波音和洛克希德.马丁自然成为被扶持的对象。

美国空军在1998年10月16日分别与两家公司签署合同, 合同总价达 30 亿美元。 按合同规定, 两家公司作为总承包商, 为满足EELV 项目要求, 到2002 年应完成宇宙神5和德尔塔4火箭的研制,并形成生产能力,同时建造并改进发射场基础设施。

但美国政府万万没有想到,手握巨额订单的两大巨头却是恨铁不成钢的料,并没有去勇敢地挑战俄罗斯火箭和法国阿里安火箭的市场地位,反而迅速认怂,从2000年相继退出国际商业发射服务市场的竞争。

退出的原因也比较有讽刺性,由于美国政府和军方的发射订单利润比商业发射服务的丰厚得多,挣起来也很轻松,两巨头哪还有动力去和俄罗斯人、欧洲人竞争,去挣点辛苦小钱?

美国政府没有想到巨额的订单扶持,不仅没有激发两大航天巨头的竞争意志,反而唤起它们对垄断利润的兴趣。

甚至为了争夺数十亿美元的垄断市场的订单,在竞标中,波音还以非法手段获取洛克希德.马丁公司上万页商业机密,此事惹来美国司法部调查,最后不得不由美国国防部出面进行调解。

更尴尬的是,2005 年,波音公司与洛克希德.马丁公司的火箭业务合并,成立联合发射联盟公司(ULA),两家公司各持有 50% 的股份。这是一种寡头坐地分赃的格局,进一步加剧了乙方垄断市场,导致每次发射费用高达惊人的4.35亿美元,是欧洲阿里安空间公司(Ariane space)和俄罗斯的2到4倍,甲方美国政府和军方则被削弱了采购话语权,成为被痛宰的冤大头。

痛定思痛后,美国决心破除航天体制弊端,引入以私人资本为主体的航天公司,打破波音和洛马等传统航天巨头的垄断格局。

于是,马斯克的好时候翩然而至。

五、削掉市场准入门槛

2002年的一天,汤姆·穆勒(Tom Mueller)家的仓库里来了一位30来岁的年轻人。穆勒是骨灰级的火箭发烧友,还加入了美国最大的业余火箭俱乐部,俱乐部的成员多数来自附近的航天公司。说白了,这个俱乐部集合的不是普通玩家,而是专业人士,他们还定期在洛杉矶聚会研制火箭。

说起来,穆勒也是一个牛人,他原本是美国天合(TRW)公司(NASA一家供应商)研制氢氧发动机的资深专家,曾在TRW公司工作15年,后因行业整合丢掉了工作(不知道与NASA的发展航天飞机计划是否有关系)。

在设计和动手方面,穆勒能力超强,2001—2002年,他曾在一位朋友的仓库里研制出一台性能优异的液体燃料火箭发动机,一时在圈内声名大振。

这个30来岁的年轻人正是慕名而来,仔细看过穆勒的火箭发动机后,他问了一个简单的问题:“你能造更大的发动机吗?”穆勒点了点头。

这个年轻人正是埃隆.马斯克,他正为刚成立的SpaceX公司四处搜罗人才,穆勒也就此成为SpaceX公司的联合创始人和梅林发动机的设计师。

马斯克的SpaceX公司在2002年成立后,正好赶上美国改革航天体制的浪潮。

浪潮生发的时间其实不算晚,1984年国会通过《商业航天发射法案》,允许私人发射火箭;同年,NASA在《政策与宗旨》中新增了“尽最大可能寻找和鼓励商业航天发展”的目标。

到1993年的“国际发射服务竞争”主题听证会结束后,改革政策密集出台:

1、1994 年,NASA推出“技术转移计划”,将每年预算的20%用来支持商业合作伙伴协助研发新技术;

2、1996年,美国政府出台航天政策,明确规定政府部门开发的航天技术要及时向私营企业转移;

3、2006年的航天政策又进一步规定,美国政府从事航天活动的技术和基础设施,在与国家安全利益相一致的前提下,能够最大限度地以有偿方式无阻碍地让私人使用;

4、2010年的政策规定更为明确,美国政府的航天技术和基础设施最大限度地以可补偿、无干扰、公平的方式供商业使用。

上述政策不仅一步步削掉了私人资本航天企业的市场准入门槛,优化了市场竞争环境。正是得益于政策的允准和支持,美国才诞生了SpaceX公司、轨道科学公司、蓝色起源公司等一批以私人资本为主的商业航天服务商,打破了由波音和洛克希德.马丁公司组建的联合发射联盟公司(ULA)独家垄断的格局。

六、马斯克收到的“大礼包”

到奥巴马政府时,航天改革再次加速。

2013年颁布的《国家航天运输政策》,倡导政府与私营企业合作,发展低地球轨道商业航天运输能力。

2015年11月10 日,美国国会通过《美国商业太空发射竞争法案》,15天后奥巴马即签字让法案正式生效。法案规定,未来8年政府将陆续给国内商业航天公司派发执照,允许私营航天企业进入外太空探索。

法案还推出了很多“重商”措施,以刺激商业航天发展:

1、对自己带回来的矿物质将保留所有权和使用权;

2、增加了保护私营航天公司“免受有害干扰”的原则,保护他们的探测行动免于美国政府、其他国家或其他竞争对手的监控或恶性干扰等。

对SpaceX公司来说,它不仅享受到上述普惠政策,还收到了美国政府的特别大礼包:

1、在市场准入上,美国联邦航空管理局(FAA) 2011年授予该公司军用卫星发射许可证,;

2、在技术支持上,美国航空航天局(NASA)向该公司派驻核心技术骨干,并转让大批专利和成熟技术,其中最典型的是向SpaceX公司转让全套灰背隼发动机技术,解决了“猎鹰”系列火箭的发动机问题。

3、在项目采购上,NASA自2006年以来与该公司签订了超过23亿美元的合同;

4、在资源共享上,NASA为其提供了火箭发动机测试台,美国空军则为其开放范登堡空军基地用于发射猎鹰-9火箭。

有了政府的倾力支持,SpaceX公司迅速解决了成立之初面临的人才、技术、资金等问题,一路开挂,仅仅18年时间,就创造出可与波音、洛克希德.马丁这样的航天巨头匹敌的奇迹。

梅林发动机源自NASA转让的全套灰背隼发动机技术

可以说,如果没有政府的360度全方位呵护支持,SpaceX公司很难达到今天的高度。

而2020年5月31日猎鹰9号的发射成功,则标志着美国人结束了9年来依赖俄罗斯联盟号飞船往空间站运送人员的尴尬局面,也意味着30多年前的航天失误落下的课,终于被补上了。

美国扶持SpaceX公司的成功也说明,良好的政策固然是基础,但打破垄断,塑造有利于创新企业成长的竞争氛围同样重要,如果没有引入私人资本的航天企业,或许美国还在30多年前的坑里,依靠国外航天资源仰望星空。

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