马斯克承接美国登月大业,跑在航空最前线

陈述根本

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· 4月19日

不论是商业航天航空的大放异彩,还是人类迈向更远深空走向宇宙,一个新的时代都正在到来。

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马斯克承接美国登月大业,跑在航空最前线

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图片来源@视觉中国

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文丨陈根

距离阿姆斯特朗1969年,人类第一次登月,已经过去了51年。4月17日,NASA宣布,在距离人类首次登陆月球50多年后的新一次登月计划里,选择马斯克的SpaceX作为的唯一指定月球登陆提供商,签订28.9亿美元独家合同

对于马斯克来说,这将成为SpaceX的又一巨大成就。SpaceX作为美国庞大的阿尔特弥斯登月计划中唯一的一家登月舱承包商相当于把美国的登月大业最后环节完全交给马斯克的SpaceX,成败在此一舰。而对于NASA来说,这则是登月计划一再延期后往前推进的关键一步。

不论是商业航天航空的大放异彩,还是人类迈向更远深空走向宇宙,一个新的时代都正在到来。

为什么是SpaceX?

重返月球的计划的起源要追溯到几年前。

2017年6月3日,美国总统唐纳德·特朗普签署行政令,由副总统麦克·彭斯牵头,重组美国国家太空委员会。同年12月11日,特朗普签署《1号太空政策指令》,更改了美国国家航空航天局未来的方针,要求后者整合现有资源,加快美国的探月、探火步伐。

2019年,美国国家航空航天局(NASA)正式宣布将新的月球计划命名为阿尔忒弥斯(Artemis),与美国上一代月球探测项目阿波罗计划(Project Apollo)呼应。在希腊神话中,阿尔忒弥斯正是阿波罗的孪生姐姐。

一再延期,NASA最终将登月时间点定在了2024年,并于2020年5月1日宣布,阿尔特弥斯登月计划中的登月舱环节中标商为贝索斯创立的航天公司蓝色起源、NASA的长期合作伙伴Dynetics,以及马斯克的SpaceX。要知道, 月球登陆器作为月球之旅的最终环节,在整个登月计划中扮演着至关重要的角色。

在过去的10年时间里,NASA一直在耗巨资推进能够满足登月需求的重型火箭和载人飞船的开发工作,即太空发射系统(SLS,SpaceLaunchSystem)和波音承接的猎户座载人飞船,以实现将人类宇航员送入太空。而要实现最终登月,月球登陆器就是登月计划中的最后一块拼图

在NASA确定了中标商后的10个月时间里,这三家中标公司将获得了来自NASA共近 10亿美元的资金支持,并在此基础之上推进研发工作。在总额近10亿美元的拨款中,蓝色起源获得了过半的预算,达到 5.79亿美元。Dynetics领导的团队获得了 2.53亿美元;而SpaceX拿的钱则最少,仅有 1.35亿美元。

正是根据各家的研发进展,NASA继续选择资助对象和最终要登上月球的中标者,而意料之外却又情理之中的,SpaceX最终拿下了这一登月项目,赢得美国航天局29亿美元合同。也就是说,在此过程中,马斯克击败了由蓝色起源+洛克希德马丁+诺思罗普-格鲁曼公司+德雷珀公司组成的全明星“国家队”,还有Dynetics组成的小企业队。

究其原因,一方面是SpaceX的Starship在竞标过程中展示出的对降成本、可持续性方面的强烈追求。SpaceX在过去10年取得的进展无可置疑,星舰(Starship)作为SpaceX为未来星际飞行打造的新一代载人飞船,包括了底部的火箭助推器和上面的飞船,完全可重复使用的Starship除了能向地球轨道运送卫星,还能满足向月球和火星运送货物甚至人的需求。

Starship在设计中自带了强大的动力系统、载人舱和储物仓,登月方案也更简单直接:将一艘Starship送至低地球轨道,飞船在地球轨道上将“油箱”再次加满,以载着所有的载荷前往月球。也就是说,不需要指挥舱、登陆舱,Starship即可通过垂直起降的方式往返月球

尽管这一理想的方案在当下更多还属于天马行空,以至于在四次星舰试飞中,均以失败告终。可以说,Starship是真正的“越炸越勇”。NASA并不能忽视Starship的潜力

SpaceX非常善于飞行、测试、经历失败以及修复问题。这是NASA选择资助SpaceX的原因。 虽然Starship在测试中坎坷不断,但NASA认为这对SpaceX来说并不新鲜。更重要的是,Starship项目如果成功了,将是一个巨大的转变,能够降低成本、提供一个新的方案,同时推动航天事业成为一个商业活动

另一方面,SpaceX中标原因还在于拜登政府对登月舱经费拨款严重不足。2021财年的载人登月舱预算就从申请的32亿美元被狂砍至10亿美元左右,虽然这是参、众两院的结果,而非拜登杰作,但一定程度上已经代表了政界态度。当拨款只能满足一家全力工作时,那最终结果只能是价低者得。

可以说,不论是对于NASA,还是马斯克的SpaceX,这都是一场豪赌。

时势造就马斯克

马斯克独自获得28.9亿美元的固定额度合同,再次让马斯克和其SpaceX受到了热议。毫无疑问,马斯克是科技创新界无法忽视的明星,无论是Tesla、SpaceX、还是脑机接口的NeuraLink,脑洞之大前所未有,成长之快也是前所未见。而马斯克此次竞标的成功,再一次展现了商业航天航空的无限未来。

商业航天航空的发迹还要从二十世纪美苏争霸时期开始。世界两大阵营的霸主以举国之力进行军事和科技竞赛,而航空航天领域作为军事和科技的集大成者更是成为双方角力的核心战场。在此期间天量的经费投入,带来了科学技术爆炸式的发展,深刻改变了人类生活的方方面面。

好景不长,星球大战计划拖垮了苏联经济,美国赢得了冷战的胜利。正所谓兔死狗烹,鸟尽弓藏。没了竞争对手,资源投入也一减再减。与苏联的太空竞赛胜利完结后,NASA的预算经费一落千丈,不得不与其他政府部门一样,一同竞争联邦政府的有限经费。1977年至2012年,NASA平均预算经费仅占非国防机动开支的5%。

当弹药不再无限供应,NASA很快就发现之前的供应链存在重大的弊病。美国的军工复合体,也就是军事工业集团,诸如波音、洛克希德·马丁、通用等公司,在政府内拥有很高的话语权,研发合同的条款经常被签成按实际成本结算,即预算超支NASA也得继续付钱。

于是,在经费严重不足、研发持续低迷以及军工复合体独大的情况下,NASA不得不考虑改革。1984年,国会通过《商业太空发射法案》,允许私人发射火箭。同年,NASA修订宪章文件《政策与宗旨》,增添了一项:国会称美国的总体福祉,要求NASA尽最大努力发掘太空商业价值

于是,NASA发起了供应链替代计划,希望寻求传统供应商以外的新合作伙伴参与供应链,用来打破传统供应商的挟持。这也就是为什么NASA和SpaceX的合同签约方式是按节点付款,即达到某一个约定的进度付一次钱,没有达到无论中间爆炸多少次或损失多惨重,NASA都不会为此买单。

这种签约方式让NASA的预算变得可控了很多,也给了新进者入局的机会。至此,给到私营公司参与航空航天的商机才算正式出现一线缝隙。而真正打开大门的转折点是2003年哥伦比亚航天飞机返回地球时爆炸解体,7名宇航员全部遇难。时任美国总统小布什宣布航天飞机计划终止。

航天飞机计划被终止了,但是NASA并没有准备好其他替代方案。此时,美国还需要维持国际空间站的正常运转,NASA唯一的选择就只有付费请俄罗斯帮忙将物资和宇航员运输往返空间站。

在这种惨烈的现实下,NASA正式公布了商业轨道运输服务计划(COTS):希望有商业公司能够低成本的承担250英里高空轨道的往返运输任务。此时传统供应商的技能点都点在了航天飞机这一科技树上,对低成本可重复利用火箭上并没有多少先发优势,这恰好也给了SpaceX公平竞争的机会。

2015年11月10日,美国国会通过《美国商业太空发射竞争法案》,25日奥巴马签字同意,法案正式生效。法案规定,未来8年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,以便促进商业航天发展、开发新能源,空间矿工对自己带回来的矿物质将保留所有权和使用权。

正是在这些计划和政策的支持下,SpaceX这些年已从NASA拿到过2.78亿、16亿、26亿美金三笔超大订单。从这一层面来说,马斯克的成功也离不开时势的造就。 

跑在太空最前线

善战者,求之于势,不责于人。当然,如果仅靠势能,今天被指定月球唯一登陆提供商的或许也就不是马斯克了。马斯克的成功,也是敢于想像、敢于创新和敢于失败的结果

SpaceX成立于2002年,SpaceX成立之初的目标就是,把航天发射的成本降到美国政府经营所需费用的十分之一,将太空运送物资和人员的风险也同步减少至以往的十分之一,这在当时对于众多人来说无疑是不可想象的。在SpaceX成立的那一年马斯克刚卖掉Paypal的股票获利1.8亿美金

这么多年来,SpaceX在研究火箭中,经历了无数次爆炸,跌倒后站起来,又继续跌倒,无休无止。2006年,SpaceX的第一枚火箭“猎鹰1号”火箭进行首飞,火箭在升空25秒后失控旋转,坠入海中,发射失败。2007年,“猎鹰1号”再次发射失败,未能达到预定速度。

2008年8月3日,“猎鹰1号”第三次发射,这次发射搭载了3颗人造卫星和数百名希望将骨灰撒向太空的死者骨灰,然而火箭在升空两分钟后开始震颤,与地面失去联系。连续三次发射失败,给马斯克和SpaceX带来致命打击,他的个人财富所剩无几,仅能够支撑最后一次发射

屋漏偏逢连夜雨,在金融危机的阴霾下,特斯拉濒临破产,员工纷纷离职,马斯克一度精神崩溃:“只有两三个人留了下来。我没想过我会精神崩溃,但真的崩溃了。”回忆起2008年,马斯克说那是他“生命力最灰暗的一年”,“一边嚼着玻璃,一边凝视死亡的深渊。”

在第三次发射失败后,仅隔一个多月,SpaceX再次发射“猎鹰1号”,终于成功将首枚非政府火箭送入了太空。发射成功后,SpaceX成功接到NASA的订单,得以存活下去。

而在此次月球计划的竞标中,把美国的登月大业最后环节完全交给马斯克从技术上可谓相当冒险。因为另外两家是传统的阿波罗式登月舱,登月舱可以通过成熟的商业火箭或者美国航天发射系统(SLS)运送至环月轨道或者环月空间站停泊组装,实际工作段只是着陆并飞离月球表面。

但Starship的登月舱却是个异类,其高达50米,重达约百吨,一个Starship大到能把另两家登月舱都塞进去还有富余,即使强如土星五号或者能源号火箭都无法将其送至月球轨道。

于是,唯一的办法就变成了登月舱自己飞到月球,这就需要完整的可重复使用星舰系统完成开发并且成熟,这就相当于研发一款与SLS同级别的运力百吨以上的真重型运载火箭。并且,在这个过程中,Starship还需攻克大规模低温推进剂在轨加注技术并使之成熟,以及攻克Starship载人所需面对的一系列安全、技术和政策问题。

这对于SpaceX无疑是个“地狱难度不然也不会从去年12月到今年3月30日,星舰原型机SN8、SN9、SN10和SN11都炸了。相较于另外两家交付的只是全尺寸模型,可能正是这种屡败屡试的精神和强大的执行力让NASA做出了决定,哪怕是放四次烟花。

当前,比之于50年前的人类的首次登月,美国这次登月的目的远不只是在月球表面踩个脚印、插根旗子。新一轮的登月计划目的地不仅是月球,更是以月球为起点,前往更远的星球。人类终将是要走向太空的,但也只有敢于想像、敢于创新和敢于失败的人,才能跑在走向太空的最前线。

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