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如何正確地“黑”SpaceX(二):從獵鷹1號(hào)到獵鷹9號(hào)
關(guān)鍵字: ULA店大欺客航天商業(yè)化【文/觀察者網(wǎng)專欄作者 查攸吟】
眾所周知的是,SpaceX在運(yùn)營早期頗為不順。
獵鷹1號(hào)運(yùn)載火箭從2005年下半年到2008年8月,曾經(jīng)有過連續(xù)3次失敗的記錄。尤其是在2008年8月2日進(jìn)行的第三次發(fā)射,由于發(fā)射后異常振動(dòng)導(dǎo)致的分離故障,將分屬美國國防部和NASA的3枚立方星,以及208名在生前希望死后遺骸能進(jìn)入太空的顧客的骨灰統(tǒng)統(tǒng)燒毀在了同溫層內(nèi)。其中包括曾經(jīng)出演著名科幻電視劇《星際迷航》的美國已故演員詹姆斯·杜漢和阿波羅7號(hào)飛船的宇航員戈登·庫珀。
位于夸賈林群島的臨時(shí)發(fā)射場內(nèi)準(zhǔn)備試射的獵鷹1號(hào)火箭
不過,隨著梅林1C發(fā)動(dòng)機(jī)投入使用,原本折磨SpaceX的發(fā)動(dòng)機(jī)燒穿問題得以解決。2008年9月28日,SpaceX使用一枚第一級改用獵鷹1C引擎的獵鷹1號(hào)運(yùn)載火箭,在夸賈林環(huán)礁發(fā)射基地,將一塊165千克的配重成功送上進(jìn)入近地軌道。
在創(chuàng)下了“三連炸”劣跡并撒掉了208人的骨灰后,獵鷹1號(hào)火箭終于實(shí)現(xiàn)了成功入軌。圖為粉絲繪制的2008年9月28日首次入軌景象的CG。雖然喜悅的心情可以理解,但是本圖還是有個(gè)明顯錯(cuò)誤的——因?yàn)閺幕鸺夏芸吹竭@番景象的時(shí)候,第一級肯定已經(jīng)早已被分離了
從2002年6月成立以來,盡管SpaceX的道路看似坎坷異常,但僅僅3個(gè)月后,“奇跡”就將發(fā)生。同年12月23日,NASA宣布將第一批總值36億美元的國際空間站貨運(yùn)合同,分配給了SpaceX和軌道科學(xué)公司(Orbital Sciences Corporation,簡稱OSC),當(dāng)時(shí)距離SpaceX的首次開始火箭發(fā)射只有2年時(shí)間,距離第一次成功將載荷送入軌道還不到3個(gè)月。該合同立即倍增了SpaceX的發(fā)言權(quán)和市場地位,使這家本來在業(yè)界只見嘴炮和笑話的企業(yè),搖身一變成了可能有機(jī)會(huì)挑戰(zhàn)波音和洛克希德馬丁合資成立的聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟(United Launch Alliance,簡稱ULA)市場地位的潛在競爭對手。因?yàn)榫驮谶^去的10年里,后者一直主導(dǎo)著美國的軍、民航天用發(fā)射市場,獲取滾滾利潤。也使得總是被砍預(yù)算的NASA苦不堪言。而這,正是SpaceX的老大馬斯克所一直期望和努力所追求的目標(biāo)。
站在SpaceX車間內(nèi)的艾隆·馬斯克。身邊的零件,應(yīng)該屬于一艘龍式飛船
SpaceX之所以能夠攬下NASA的太空物流合同(分到了大約16億美元的單子),只靠200公里近地軌道載荷670千克的獵鷹1號(hào)火箭,那純屬癡人說夢。事實(shí)上,SpaceX計(jì)劃用于投送貨運(yùn)飛船的載具,是當(dāng)時(shí)尚在紙面上的中型運(yùn)載火箭獵鷹9號(hào)【注釋:此外,包括用來運(yùn)送貨物的龍式飛船,當(dāng)時(shí)也同樣只有模型和設(shè)計(jì)圖。只靠圖紙和方案就能攬到十幾億的合同,這黑箱操作的能耐作者也是醉了】。近地軌道運(yùn)載能力至少10000千克,并能將超過4000千克的載荷送入同步轉(zhuǎn)移軌道——這就是SpaceX為NASA畫的餅,而NASA居然認(rèn)了……
基本任務(wù)載荷,決定了獵鷹9號(hào)必須是一種中型運(yùn)載火箭。而從梅林1A到梅林1C,盡管SpaceX在火箭發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域取得了可喜的進(jìn)步,但以梅林1C那海平面550千牛的推力,根本是沒能獨(dú)立撐起這個(gè)運(yùn)力要求的。怎么辦?多堆幾個(gè)引擎嘛。那么堆幾個(gè)呢?9個(gè)!
正在工廠內(nèi)建造的獵鷹9號(hào)。照片攝于2008年
根據(jù)設(shè)計(jì),獵鷹9號(hào)是一種兩級運(yùn)載火箭。其1.0版本有157英尺高(47.8米),芯級直徑12英尺(3.65米),通常搭載狀態(tài)起飛質(zhì)量為333.4噸。它的第一級將要并聯(lián)9臺(tái)梅林引擎,起飛推力則是4940千牛(1.0版本)。而上面級發(fā)動(dòng)機(jī)也不再是小巧的紅隼,將換用專門優(yōu)化了真空性能的梅林引擎??雌饋砗懿诲e(cuò),不是么?實(shí)際上,想要制造一枚運(yùn)載火箭,有了可靠的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)意味著成功的一半,但也只是一半。因?yàn)椋妨?引擎的單臺(tái)推力太弱了。而若想并聯(lián)9臺(tái)引擎同時(shí)工作,那么勢必要面對可靠性的問題。此外,如何在箭體強(qiáng)度與重量上取得平衡點(diǎn)也是個(gè)巨大的問題。
此外,對于SpaceX來說,成本是這家企業(yè)的生命。因?yàn)樽怨境闪⑵穑暗统杀尽本褪瞧渲鞔蛱厣?。也正是因?yàn)橹钢@家的“低成本”,NASA才敢于搞出上述之大不韙。那么,既然引擎已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了低成本化,除了盡可能挖掘性能外,控制成本是另一個(gè)核心問題。
艾隆·馬斯克控制成本的主要手段,無非有二。
首先,大量采用常規(guī)商用、工業(yè)類電子元器件。相比較價(jià)格昂貴換代慢的宇航級器件,這樣不僅有效降低了成本,而且器件采用的技術(shù)也更先進(jìn)、性能指標(biāo)更好。以CPU為例,宇航級產(chǎn)品雖然壽命高,并且能在極端環(huán)境下長期工作,但在工作頻率等指標(biāo)上通常會(huì)比商業(yè)、工業(yè)級產(chǎn)品至少落后兩代。而火箭畢竟不是衛(wèi)星、不是深空探測器,它的工作壽命以分鐘計(jì),而非以月、以年計(jì)。商業(yè)、工業(yè)級元器件只要經(jīng)過嚴(yán)格測試,輔以有針對性的輻射防護(hù),完全可以在火箭上使用。
位于加利福尼亞州霍桑工廠的SpaceX員工合影
其次,在研發(fā)/生產(chǎn)管理上,互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)投資人出身的埃隆·馬斯克把該行業(yè)的管理體制和組織架構(gòu)引入SpaceX,采用扁平化管理模式。公司內(nèi)部沒有通常意義上的部門劃分,甚至沒有組織機(jī)構(gòu)圖,各領(lǐng)域的員工平等地參與技術(shù)研討、設(shè)計(jì)和開發(fā)等工作,研發(fā)與生產(chǎn)的聯(lián)系更為緊密,拋棄了不必要的繁文縟節(jié)和復(fù)雜低效的冗長管理流程。該公司的粉絲群內(nèi)曾流傳這樣一個(gè)似是而非的段子,盡管真實(shí)的可能性極低,但也可以看出在粉絲們心目中SpaceX的管理風(fēng)格(以及大多數(shù)SpaceX“粉絲”的素質(zhì)):
獵鷹9研發(fā)工作的早期,某次發(fā)射前,經(jīng)過計(jì)算和分析、上面級發(fā)動(dòng)機(jī)的噴管需要調(diào)整面積比。如果是傳統(tǒng)的航天系統(tǒng)作風(fēng),這個(gè)調(diào)整從請示報(bào)告再到層層批復(fù)、直到最終實(shí)施,最快也要一個(gè)星期。但SpaceX不走這個(gè)套路,現(xiàn)場的技術(shù)負(fù)責(zé)人當(dāng)場拍板,工程師馬上拿著工具就去把噴管剪掉一截,前后統(tǒng)共幾個(gè)小時(shí),搞定。
SpaceX公司麥格雷戈發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)室工作照片,攝于2012年9月
扁平管理,避免繁文縟節(jié)這是優(yōu)點(diǎn)。但如同這個(gè)段子里描述的景象,已經(jīng)不是在制造火箭了。實(shí)際上,就算是一個(gè)生產(chǎn)二踢腳的車間,技術(shù)人員敢這么胡來,下場多半也是血的代價(jià)。所以段子也只是段子,可偏偏有許多人卻信,而且廣為傳播。
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