AV快播 物理学没说不行以：马斯克如何改写东说念主类航天史？
（本文作家饭统戴雇主）AV快播
把SpaceX的猎鹰9号回收火箭比作一支铅笔，那么从辐射到复返的技艺难度，独特于让铅笔飞过453米高的帝国大厦头顶，然后精确落到唯有鞋盒大小的着陆点上。
接替猎鹰9号的重型输送系统星舰，提议了一个更极限的指标：用一对筷子紧紧夹住这根小小的铅笔。
若是机械臂稳稳接住鼓吹器，就能减少火箭零部件着陆时的挫伤，火箭在简便调理和补充燃料后，不错飞速复返使命岗亭，提升辐射恶果。
2023年运转星舰试飞后，SpaceX的前三次试飞以两次爆炸一次失联终结。本年6月的第四次试飞，星舰翱游一小时后在海面杀青“软着陆”。
本年7月的采访中，马斯克就信心统统地预言第五次试飞有很大契机得手，因为“咱们并莫得抵牾物理学”。
物理学陈诉了马斯克。10月13日，星舰的第五次试飞中，渊博的机械臂得手夹住了火箭的助推器Super Heavy——高度为69米，直径为9米，空重200吨，满载重3600吨。自此，东说念主类的航天史进入了新的章节，“天际公交车”不再是鸡犬相闻的信口胡言。
2023年全年，SpaceX得手完成了98次火箭辐射，占全世界总辐射次数的44%；这98次任务辐射了1984颗星链卫星、将1600吨灵验载荷奉上了既定轨说念，占大家灵验载荷的80%。
按照彭博的说法，2024年SpaceX有望在火箭辐射和星链业务上得回90亿好意思元收入。
对于SpaceX的愿景和杀青旅途，清楚记录在2011年5月马斯克发表的一封名为《The facts about SpaceX Costs》的公开信中[2]，13年往日，绝大多数内容依旧灵验：
·完全可复用的输送器是航天产业的经久指标，在杀青指标前，SpaceX不会骄傲于面前的伊始。
·大家边界内，唯有SpaceX将辐射用度公开在网站上。SpaceX的订价不是为了霸占市集份额，也不是用廉价“教养”市集后提价，而是通过改革征服国外的廉价劳能源。
·跟着时分的推移，SpaceX的推崇会越来越好，价钱会越来越低，这是系数科技门类的发展规定。
最佳的零部件是莫得零部件
航天辐射约莫由两个部分构成：输送火箭和送进天际的翱游器（卫星、空间站、深空千里镜等）。
输送火箭是翱游器逃离地球的能源来源。在东说念主类不算长的天际探索历史中，输送火箭一直是一次性滥用品。完成运送任务后，它会跌入大气层烧毁。
类比民航业，就像一架把乘客运到宗旨地后，坐窝原地坠毁的飞机。
有去无回的一级输送火箭会占据辐射资本的50%以上[6]，莫得任何营业机构能承担这样的资本。因此，天际辐射只可由政府财政买单，交由特定的承包商承担辐射任务。
马斯克的念念路其实很简便：让火箭不错交流辐射，同期将火箭作念的尽可能大，一次输送填塞多的东西，每公斤的输送资本就能极大摊薄。
这个念念路的第一个产物不是星舰，而是NASA的“航天飞机揣度”。航天飞机的狡计初志亦然为了杀青辐射系统复用，但念念路是依靠空气能源学——这即是为什么它长得像飞机。
但在航天飞机片晌的人命周期里，其安全性一直饱受质疑。挑战者号和哥伦比亚号齐经验差错事惨事，屡次事故后，保守强硬在NASA昂首，毕竟没东说念主但愿看到宇航员的人命和征税东说念主的钱在半空中炸成碎屑。
上图：挑战者号腾飞73秒后在空中爆炸下图：哥伦比亚号复返大气层时解体。两次事故形成14名机组东说念主员全部遭难
另外，航天飞机天然杀青了“可复用”，但并莫得治理资本问题。
航天飞机技俩领有特出650个设施，120多万台开辟，雇用了5000多名职工。除此除外，全好意思有1200多家供应商为该技俩服务。
如斯渊博的参预后，航天飞机向低地球轨说念输送的增量资本依然高达4.09亿好意思元；按照测算，送往国际空间站的每公斤货品，运脚高达27万好意思元。
作为对比，SpaceX每公斤运脚约为1410好意思元，其他营业航天公司最粗劣达到5000好意思元。
马斯克赞同火箭复用的构想，但他以为，既然空气能源学的念念路仍是被历史证伪，SpaceX就要从根蒂上改变，一种被以为信口胡言的火箭回收样式摆上台面：能源垂直回收。
裙底 偷拍顾名念念义，能源垂直回收不依赖机翼滑翔，而是发动机屡次燃烧放慢任性出遗迹。这种无损着陆样式在月球、火星等深空探索里仍是用过，但很少有东说念主想把它用在地球上。
地球不仅有更大的重力、剧烈的大气摩擦，还有稠密的人命活动区域与复杂的国界地形，这导致能源垂直回收在地球最大的应用场景是科幻电影，马斯克是第一个试图复现科幻电影的东说念主。
2021年NASA的火星探伤车“强硬号”得手着陆
当今，SpaceX的猎鹰9号是世界上唯独杀青大限度交流使用的火箭，其回收技艺仍是独特练习。但马斯克以为猎鹰9号的起落架耸立降落决策资本照旧太高，干脆胜仗用筷子夹住助推器。
星舰系统配备了33个助推器发动机，无意将特出100吨的灵验载荷送入预定轨说念，这一数字是猎鹰9号的5倍。马斯克以为，终有一天，它将带着100名乘客赶赴火星。
物理学没说不行以
为了在参预有限的情况下达到设想指标，马斯克将消费电子居品的坐褥念念路大限度带进了壁垒分明的天际产业，其中枢是快速试错，快速迭代。
2024年7月，SpaceX公布了服务于星舰的第三代猛禽发动机（Raptor 3），比著明的梅林发动机更刚毅、复杂，给与甲烷（一种在火星上易得的资源）+液氧的高效燃料组合。莫得排气管，反馈产生的系数气体齐保执在发动机里面，可在海平面产生230吨的推力。
马斯克清晰：唯有天主本东说念主材干在衔尾分子方面比猛禽毁掉室作念得更好[3]。
星舰的三代猛禽引擎
和前两代对比AV快播，猛禽三代的外在变得独特干净，致使是工致。坐褥历程和技艺优化迭代后，巨额管线被金属3D打印技艺整合到了引擎里面，于是保护管线的相当隔热罩也被断念了。
三代引擎是SpaceX研发玄学的一个侧写：起首不需要齐全，过程中要有针对性的改进，最终通向一个圣洁、清楚、高效的将来。
在火箭辐射上，SpaceX不异取舍“炸了就炸了”的狡计样式，即飞速制成火箭和发动机原型，进行测试，炸毁，修改，再次尝试，直到作念出能用的东西。
SpaceX的鼓吹部门首席技艺官穆勒转头说：“你不需要齐全地侧目若干问题，要津是能多快找出问题，然后治理它[4]。”
和NASA驰魂宕魄的求稳念念维相背，马斯克力图向工程师传达一个理念，一件事情只消莫得抵牾物理学定律，那就有杀青的可能。
这种念念路不异用于特斯拉的汽车坐褥。
2018年，马斯克不测发现一辆Model S的玩物车模的车底被压铸成了一整块金属，致使还有一套吊挂系统。今日的会议上，马斯克提议特斯拉也不错这样作念，但工程师清晰反对，因为汽车底盘要大得多。
马斯克反问：“不即是搞一台更大的锻造机吗？又不是冲突物理学定律[5]。”
之后，他和高管给六家锻造公司打了电话，唯有一家名叫意德拉的公司给与了这项挑战。后者提供的GigaPress将传统车架中的需要加工再拼装70个零件，焊合1000至1500次的复杂坐褥过程，变成一次简便压铸加工，让焊合两小时变成压铸两分钟，为Model Y省下了20%的坐褥资本。
在“无需齐全”的信念下，SpaceX治理许多工程学问题时胆子齐很大，有一种乱拳打死憨厚傅的好意思感。
为了向NASA剖析自己的正确性，SpaceX会同期用业界模范开辟和我方狡计的开辟进行辐射测试。一朝SpaceX的狡计性能等同或优于业界模范，它就会成为公司的新模范。
按依法程，好意思国系数翱游器辐射齐必须效力联邦航空看管局(FAA)的准则。2020年第一次超重型助推器（星舰早期版块）无东说念主辐射测试里，FAA的查抄员以为高空风条款并不骄傲辐射要求，但SpaceX的天气模子暗意不错辐射，工程师看向马斯克，他肃静点了个头，火箭升空了。
2022年，牛津大学三位学者分析了NASA和SpaceX合计203次天际任务，发现后者的火箭研发资本唯有NASA的十分之一，研发速率却快了两倍[16]。
NASA每年得回的拨款特出200亿好意思元，SpaceX诞生21年，系数只筹集了百亿好意思元把握的资金。用着NASA半年的预算，SpaceX陆续开发了猎鹰一号、猎鹰九号、猎鹰重型和星舰，还有梅林和猛禽两款火箭发动机。
猎鹰9号火箭从一张白纸到初次辐射，只用了四年半的时分，耗资平均在3亿好意思元把握。作为对比，NASA主导研发的航天飞机，每一架齐耗资特出20亿好意思元。
龙飞船上的浴室门把手
第一批SpaceX职工入职时，被文告公司指标是作念“天际行业里的西南航空公司（好意思国版春秋航空）”。
天然看上去顶端无比，但SpaceX的火箭本体上给与了巨额廉价的消费级居品[11]：
猎鹰火箭用5000好意思元的庸碌电脑，取代了100万好意思元的航天级电脑；火箭打捞雇的是庸碌的营业打捞公司；龙飞船的门把手是工程师们用浴室零件拼装的，资本只需30好意思元，而NASA的同款门闩造价1500好意思元。
猎鹰9号的载重舱的空气冷却系统要价300多万好意思元，但自后被换成了稍经更正的商用空调开辟。得知猛禽发动机里面有一根资本2万好意思元的管子，马斯克清晰“恨不得戳瞎我方的眼睛”，并要求发动机资本在12个月内，从200万好意思元降到20万好意思元。
除了物理学，马斯克果真爱护的东西似乎唯有资本。SpaceX果真的独创是改变了航天器的坐褥历程，用坐褥汽车的样式坐褥火箭。
马斯克提议过一个名为“憨包指数”的想法，即工业品坐褥资本与原材料资本的比值。比如一个零部件的总资本为1000好意思元，而原材料铝的资本唯有100元，那么憨包指数就高达10，意味着坐褥方法创造了过多的资本。
SpaceX出现前，火箭的举座资本比碳纤维、金属、燃料这些原材料资本高出了足足50倍，憨包指数爆表。星舰技俩启动时，马斯克将就SpaceX的财务分析师在通宵之间找出20个憨包指数最高的零部件，比如泵和整流罩，并制定指标，尽可能减少加工工序。
按照马斯克的说法：“若是你作念的东西憨包指数很高，那你即是个憨包。”
一直以来，马斯克治理资本问题的念念路是“用资本最高的方法镌汰资本”，十个司帐需要花一个月算好的账，会招二十个模范员编写一套模范，把算账历程自动化，这样一天就能算结束。这亦然为什么马斯克会说，“与狡计一家工地点需的脑力干事比较，狡计车的脑力干事微不足道。”
从坐褥Model 3的超等工场到SpaceX的星舰，这套念念路无往不利。
SpaceX在火箭坐褥中引入了一项摩擦搅动焊合(friction stir welding)技艺，这项技艺的中枢是借助高速旋转的机头摩擦金属板一语气处，让晶状结构和会在一说念。
由于焊合会改变金属板材的受力性能，航天公司一般给与铆钉等紧固件提供撑执，代价是截至了金属板材的尺寸。SpaceX第一次将摩擦搅动焊策应用于火箭箭体这类硕大无比，不仅焊缝更坚固，也能使用更轻的合金，让猎鹰火箭一举减重数百磅。
与大多数航天器制造商不同，SpaceX的中枢工场设在了公司总部里面，系数火箭、飞船的中枢零部件齐在这里坐褥拼装。在工场最中间，各式渊博的焊合施工区域之间，有一栋三层楼高的透明办公楼，是火箭工程师的办公室。
这即是SpaceX推论的“垂直集成”坐褥决策，狡计者和制造者能一同使命，新想法能快速落地，产线问题能立即治理。
基于这套方法，SpaceX我方完成了80%～90%的制造使命——包括火箭、发动机和要津电子开辟。SpaceX的系数技艺司理齐必须去坐褥一线，包括马斯克本东说念主。
这种对坐褥历程顶点的掌控是提升恶果的要津，特斯拉曾将其称为“来到红灯前”。特斯拉的首席狡计师冯·霍兹豪森曾说：“咱们要培养出一群像工程师一样念念考的狡计师，再培养出一群像狡计师一样念念考的工程师。”
到2022年感德节，星舰工场里仍是每天能造出特出一台猛禽发动机，通盘坐褥过程险些就像配装汽车一样方便流通。
在突破工程辛勤的同期，SpaceX颠覆了天际产业传统的资本结构。就连NASA也承认[8]：“咱们如实融会到需要镌汰资本，并以为营业互助伙伴在这方面作念得比咱们更出色。”
看得见的手
《马斯克传》中纪录，SpaceX的工程师曾向马斯克解释火箭辐射濒临的安全审查的行政要求，以及辐射许可审批的复杂。
这让马斯克怒不行遏，清晰我方为东说念主类登陆火星殚精竭虑，但到头来“还得牵挂这些破事”。紧接着，马斯克说了一段宽裕哲理的话：
“好意思丽即是这样雕残的，因为他们罢休了冒险。当他们罢休了冒险干事，好意思丽的动脉就会硬化。”
在SpaceX的故事里，NASA似乎一直演出着电影中经典的邪派变装：低效、官僚，通常动用行政力量退却市集化的技能改革。但本体情况是，NASA是SpaceX最首要的支执者之一。
航天飞机揣度停止后，为了削减资本，好意思国政府运转支执私东说念主航天企业。SpaceX最初的订单，就由NASA和DARPA提供。DARPA高层曾盛赞马斯克：有远见的东说念主有许多，但既有远见还懂火箭的唯有马斯克。
SpaceX的成长过程中，看得见的手恒久形照相随。
NASA向SpaceX 提供了技艺转让，包括绽放技艺贵府、派驻技艺东说念主员、转让专利、提供研发开辟与考验地点等。好意思国现行的《国度航天策略》中明文写着，要通过采购策略、体制改革来推动营业航天的发展。
比较营业公司订单和有限的个东说念主投资，政府订单才是SpaceX运营的支援。SpaceX从好意思国政府得到的各类技俩经费高达80多亿好意思元，其中NASA提供了约72亿好意思元，空军提供约9.6亿好意思元。
SpaceX的得手从不是单打独斗。每一个高举解放市集大旗的经济体齐无比了了市集的优点和颓势，然后对其善加诳骗。
尾声
猎鹰重型火箭初次辐射时，装载了一辆特斯拉跑车作念载荷考验。辐射很得手，马斯克乐不雅地瞻望，这辆跑车能在地球与火星之间的轨说念上飘摇上亿年。
“临了，它会顶点的接近火星，有那么少量点的契机、极其飘渺的但愿，可能落到火星上。”
许多SpaceX工程师进入天际行业是受一册1998年出书的书饱读动，《火箭小子（Rocket Boys）》。作家Homer Hickam曾担任NASA工程师，厚爱宇航员培训，参与过哈勃天际千里镜的维修任务。
这本书在出书第二年被改编成电影《十月的天际》，请教了Homer Hickam作为一个煤矿工东说念主的孩子，如何对天际探索产生兴味，在家乡小镇试射了31枚“自研”火箭，之后在寰宇科技展览会夺魁。
电影里有一段对白，发生在Homer Hickam和一又友们发生争执，准备罢休比赛期间。
主角的一又友问：憨厚说，咱们这群煤矿来的小子赢得科学展的几率到底有多高？
主角说：百万分之一吧。
一又友说：这样高？奈何不早说。
科技的伊始有许多原因。其中一个首要原因是，总有一些东说念主把百万分之一的概率看成值得终生去追寻的意义。
参考贵府
[1]SpaceX and the categorical imperative to achieve low launch cost，Space News
[2]Elon Musk: “Why the US Can Beat China”，SpaceX
[3]How SpaceX Reinvented The Rocket Engine!， The Space Race Youtube
[4]埃隆·马斯克传，沃尔特·艾萨克森
[5]硅谷钢铁侠：埃隆·马斯克的冒险东说念主生，阿什利·万斯
[6]好意思邦交流使用输送火箭发展分析，胡冬生
[7]SpaceX 发展之路：互联网形态下的营业航天，盛英华
[8]How the Rise of SpaceX Is Reshaping NASA，WSJ Youtube
[9]可交流使用航天器是若何降落的，中国航天
[10]好意思国天际探索技艺公司供应商看管方法及可模仿之处，中国航天模范化商讨所袁硕
[11]好意思国天际探索技艺公司资本限制分析，中国航天科技集团有限公司魏鸣
[12]Why Is The U.S. Space Industry So Obsessed With Vertical Integration?，Garrett Reim
[13]火箭复用的颠覆式改革，SpaceX如何作念到的，常识分子
本文仅代表作家不雅点。
[14]领跑天际2.0期间，好意思国营业航天发展综述，蒿旭
[15]SpaceX是若何长大的：政府支执对天际探索技艺公司成长影响分析，杨开
[16]How to Solve Big Problems: Bespoke Versus Platform Strategies， Bent Flyvbjerg
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饭统戴雇主
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