螺絲重要還是火箭重要？SpaceX的成功哲學(xué)

2024年6月6日，SpaceX成功將40層樓高的星艦送入軌道，還成功驗(yàn)證了回收星艦的能力，星艦助推器成功落到了墨西哥灣。

在發(fā)射前星艦撤掉了兩片隔熱瓦，并且減少了隔熱瓦的厚度，以測(cè)試不同情況下熱隔離的性能。星艦重回大氣層時(shí)，星艦的隔熱瓦受到了沖擊，側(cè)翼跟部被燒壞，但最終星艦還是承受了穿越大氣的極高溫，成功濺落印度洋，完成既定目標(biāo)。

這是第一次有商業(yè)公司成功打造了推力、載荷均超過(guò)了土星五號(hào)的火箭，并且它還是可復(fù)用的。

而這僅僅是SpaceX的第四次發(fā)射，下一次馬斯克想實(shí)現(xiàn)用“筷子夾住降落的星艦”。

在巨大火箭發(fā)射成功的背后，不銹鋼、隔熱瓦都體現(xiàn)出了自己的重要性。

SpaceX的成功遵循了一個(gè)樸素的常識(shí)，通過(guò)產(chǎn)品快速迭代不斷試錯(cuò)、追求ROI更高的工程實(shí)現(xiàn)方式、通過(guò)規(guī)模化生產(chǎn)降低固定成本、用便宜的消費(fèi)級(jí)設(shè)備代替專用設(shè)備。

SpaceX成功不僅僅是技術(shù)的成功，更讓無(wú)數(shù)創(chuàng)業(yè)者看到了采用顛覆性技術(shù)和方法論去顛覆舊的領(lǐng)域，哪怕是航空航天、軍工、甚至可控核聚變。

SpaceX是如何顛覆航空航天領(lǐng)域的呢？

馬斯克提出過(guò)一個(gè)白癡指數(shù)，就是說(shuō)一個(gè)產(chǎn)品的成本究竟比它的原材料成本高多少，越高說(shuō)明越白癡，也就存在顛覆的空間，一定可以找到更有效的制造或生產(chǎn)方法把成本削減掉。

NASA火箭零部件制造有數(shù)百種規(guī)格和要求，而且火箭本身很難規(guī)模化，導(dǎo)致最終火箭成本高昂，火箭上的一個(gè)閥門的成本要比汽車類似的閥門昂貴30倍。

于是SpaceX決定自己設(shè)計(jì)和制造所有的零部件，第一代火箭就有70%的零部件是自己制造的，剩下的一部分零部件則是找到非航空領(lǐng)域的供應(yīng)商購(gòu)買替代品。

現(xiàn)在很多火箭，主體使用碳纖維復(fù)合材料，可以承受火箭沖破大氣層時(shí)的高壓，而且足夠輕，可以有效降低火箭自身重量，這樣火箭只需要更少的燃料就可以發(fā)上太空。

但在馬斯克看來(lái)，碳纖維復(fù)合材料仍然太貴，于是SpaceX選取了更便宜的材料--不銹鋼。

不銹鋼可以耐高溫，這樣就不需要隔熱罩了，也不需要給星艦噴漆，這樣可以進(jìn)一步降低火箭的重量。

不銹鋼要比碳纖維重，但不銹鋼足夠便宜，在犧牲了載重的之后，每艘星艦可以節(jié)省超過(guò)400w美元。

馬斯克同時(shí)將星艦的不銹鋼用到了特斯拉的cybertruck上，這樣通過(guò)規(guī)模效益，進(jìn)一步降低了不銹鋼采購(gòu)的成本。

最終獵鷹一號(hào)從制造到發(fā)射成功，只投入了約1億美元，對(duì)比下理想造出第一款車研發(fā)投入花費(fèi)了3億美元。

在降低了火箭本身研發(fā)和制造費(fèi)用之后，馬斯克轉(zhuǎn)頭將可回收火箭作為了下一個(gè)目標(biāo)，因?yàn)槊看物w行之后，將價(jià)值等價(jià)于一架波音747的數(shù)百萬(wàn)美元的火箭扔掉著實(shí)浪費(fèi)。

SpaceX采取了互聯(lián)網(wǎng)公司常用的快速試錯(cuò)、小步迭代、反復(fù)實(shí)驗(yàn)的方法，期間獵鷹9號(hào)助推器失敗了20次，星艦炸毀了10艘。

這樣的失敗率在航天探索中是很難想象的，傳統(tǒng)航天探索往往在火箭發(fā)射之前花數(shù)年時(shí)間和大量資金進(jìn)行完善的方案設(shè)計(jì)，盡可能避免發(fā)生爆炸，每次發(fā)射都需要花費(fèi)數(shù)億美元。

在花費(fèi)了巨大成本掌握了火箭回收技術(shù)之后，SpaceX的每次火箭發(fā)射成本只有不到2000w美元，低廉的發(fā)射價(jià)格，為SpaceX吸引了大量的訂單。

現(xiàn)在SpaceX早已是一家盈利公司。

為了提升星艦的推力，星艦安裝了33臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)。

用大量成熟的小型設(shè)備組成的集群，代替復(fù)雜的大型設(shè)備，這是在計(jì)算機(jī)行業(yè)被反復(fù)踐行的方法論。

谷歌、亞馬遜等巨大計(jì)算和存儲(chǔ)規(guī)模的云計(jì)算系統(tǒng)，就是用大量的個(gè)人電腦的處理器、硬盤鏈接成集群替換成本巨大的定制生產(chǎn)的大型機(jī)實(shí)現(xiàn)的，獲得了巨大的可靠性提升和成本的降低。

在龐大的計(jì)算機(jī)集群中，如果若干機(jī)器出現(xiàn)故障，不會(huì)影響整個(gè)云平臺(tái)的功能。

同樣如果火箭只有一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)，一旦這臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)有問(wèn)題，火箭就一定有問(wèn)題。

33臺(tái)并聯(lián)的發(fā)動(dòng)機(jī)中幾臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)問(wèn)題，火箭依然可以正常完成飛行任務(wù)。

傳統(tǒng)的火箭設(shè)計(jì)中，基本上不會(huì)采用更多的發(fā)動(dòng)機(jī)，因?yàn)榭刂七@么多發(fā)動(dòng)機(jī)非常困難。

蘇聯(lián)曾經(jīng)嘗試過(guò)并聯(lián)30臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)射火箭，但很難同時(shí)點(diǎn)火，也很難在空中同時(shí)精準(zhǔn)、及時(shí)的調(diào)整火箭姿態(tài)，最終嘗試發(fā)射四次、炸毀四次，最終放棄。

對(duì)于蘇聯(lián)未能克服的復(fù)雜任務(wù)計(jì)算問(wèn)題，SpaceX采用了GPU模式測(cè)試的方法。

通過(guò)模擬發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，尋找潛在的問(wèn)題，比如燃料充分燃燒、火箭穩(wěn)定飛行等問(wèn)題都可以通過(guò)軟件模擬盡早發(fā)現(xiàn)，而不用在真實(shí)世界中通過(guò)巨大的失敗換取經(jīng)驗(yàn)。

“簡(jiǎn)單”是所有工程設(shè)計(jì)中的哲學(xué)，馬斯克曾多次抱怨猛禽發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的過(guò)于復(fù)雜、工藝制造流程過(guò)于繁瑣，導(dǎo)致成本無(wú)法降低。

為了盡可能降低猛禽發(fā)動(dòng)機(jī)的復(fù)雜性，SpaceX的工程師在初代發(fā)動(dòng)機(jī)就去掉了多數(shù)的電纜和管路，十幾個(gè)閥門被集中到幾個(gè)閥門中，用焊接工藝代替?zhèn)鹘y(tǒng)螺絲緊固來(lái)提升發(fā)動(dòng)機(jī)封閉性的方式。

這一套工作方法，馬斯克也在特斯拉汽車上多次實(shí)踐。

精簡(jiǎn)之后的發(fā)動(dòng)機(jī)，因?yàn)槿鄙倭巳哂啵瑫?huì)比傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)的壓強(qiáng)承受力更低。

為了可以更精準(zhǔn)的摸清每個(gè)部分的壓強(qiáng)情況，SpaceX的工程師開發(fā)了一個(gè)AI模型，模擬發(fā)動(dòng)機(jī)的各個(gè)部分在真實(shí)發(fā)射時(shí)的狀態(tài)和性能，并在關(guān)鍵時(shí)刻進(jìn)準(zhǔn)調(diào)整。

在AI的幫助下，SpaceX工程團(tuán)隊(duì)將第二代猛禽發(fā)動(dòng)機(jī)相較一代降低了400公斤的重量，并且推力提升了24%，生產(chǎn)速度也大幅提升，馬斯克說(shuō)，第三代猛禽發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)更便宜、更強(qiáng)。

目前，SpaceX平均每天就可以生產(chǎn)一臺(tái)猛禽發(fā)動(dòng)機(jī)，成本只有百萬(wàn)美元，未來(lái)目標(biāo)降低到幾十萬(wàn)美元。

規(guī)模效應(yīng)是制造業(yè)的萬(wàn)有引力，所有制造業(yè)產(chǎn)品都是向規(guī)模化努力。

但航天領(lǐng)域幾乎沒(méi)有規(guī)模效應(yīng)可言，每年全球只生產(chǎn)上百臺(tái)火箭，很難通過(guò)規(guī)模效應(yīng)攤薄成本。

為了貼近規(guī)模效益，SpaceX通過(guò)復(fù)用消費(fèi)級(jí)產(chǎn)品的零部件與其他領(lǐng)域共享規(guī)模效應(yīng)，用更便宜的價(jià)格買到相似能力的零部件，這是他從特斯拉生產(chǎn)線上得到的經(jīng)驗(yàn)。

對(duì)于馬斯克來(lái)說(shuō)，生產(chǎn)火箭和生產(chǎn)汽車沒(méi)有區(qū)別。

SpaceX每生產(chǎn)一枚火箭，就會(huì)迭代一次流水線，以提高效率、縮短制造時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了每天生產(chǎn)一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)，每個(gè)月造一艘星艦。

SpaceX通過(guò)引入新技術(shù)、新流程、變革的勇氣，實(shí)現(xiàn)了研發(fā)、生產(chǎn)體系的變革，讓星艦回收成為可能。

SpaceX的終極目標(biāo)是火星登陸，它也在向著這個(gè)方向不斷努力。