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找到將物體送入太空的方法

2016-12-10 22:00:41
飛碟探索 2016年12期
關(guān)鍵詞:有效載荷馬斯克火箭

事實(shí)上,當(dāng)馬斯克仍然在PayPal時(shí),就開(kāi)始思考將物體送入太空的方法了。他讀了大量火箭技術(shù)方面的書籍,基本上把它們?nèi)加浵聛?lái)了。那個(gè)時(shí)候,他認(rèn)識(shí)了火箭專家吉姆·坎圖爾,并且跟他一起去俄羅斯進(jìn)行了一次不成功的購(gòu)買談判??矆D爾說(shuō):“他在引用這些書里的內(nèi)容時(shí)能夠一字不差,對(duì)這些材料真的已經(jīng)滾瓜爛熟了?!?/p>

為了補(bǔ)充閱讀,馬斯克請(qǐng)教了很多專家。坎圖爾認(rèn)為馬斯克是“迄今與我共事過(guò)的最聰明的人”,并說(shuō)馬斯克“聘請(qǐng)了許多我在火箭和航天器領(lǐng)域里的同事,這些人都愿意做他的顧問(wèn)”,而且“他就像要把這些人的經(jīng)驗(yàn)吸干一樣”。

就在馬斯克越來(lái)越多地談?wù)摃?huì)把太空作為他的下一個(gè)追求時(shí),他的朋友們開(kāi)始替他擔(dān)心了。如果換做你,難道你不會(huì)嗎?想象你的朋友把自己的互聯(lián)網(wǎng)生意賣了一大筆錢,告訴你他要用這筆錢成為第一個(gè)成功創(chuàng)建太空發(fā)射公司的企業(yè)家——因?yàn)檫@對(duì)人類成為多行星文明來(lái)說(shuō)非常重要。馬斯克的朋友用盡全力想要說(shuō)服他放棄這個(gè)瘋狂的項(xiàng)目,并制作了一段有關(guān)火箭爆炸的蒙太奇電影,強(qiáng)迫馬斯克觀看。

“土星5”號(hào)的結(jié)構(gòu)就像俄羅斯套娃,可以一層一層地拆分

但馬斯克也不是一般人,他還是堅(jiān)持了下來(lái),沒(méi)有被說(shuō)服。在給自己打下堅(jiān)實(shí)的知識(shí)基礎(chǔ)之后,他開(kāi)始邀請(qǐng)其他人加入了。他說(shuō):“公司就是一群人在一起創(chuàng)造一個(gè)產(chǎn)品或者一項(xiàng)服務(wù)。沒(méi)有什么所謂的生意,只有對(duì)一個(gè)目標(biāo)的追求——一群人對(duì)一個(gè)目標(biāo)的追求。”他開(kāi)始組建一支團(tuán)隊(duì),成員是他能夠找到的最聰明的人,這樣SpaceX就誕生了。

然后,這個(gè)包括著名火箭工程師湯姆·繆勒在內(nèi)的全明星核心隊(duì)伍,開(kāi)始招人了。馬斯克說(shuō)他不十分在意研究生學(xué)歷,大學(xué)學(xué)歷,甚至是高中學(xué)歷——SpaceX只需要天分、品格和激情。我和SpaceX運(yùn)載工程副總裁馬克·允克薩坐下來(lái)談了談,很吃驚地發(fā)現(xiàn)他是一個(gè)平平常常的加利福尼亞人。他看上去就像我會(huì)交朋友的類型,而不是頂尖的火箭科學(xué)家。他告訴我他曾經(jīng)是一個(gè)糟糕的學(xué)生,在人生快要走向無(wú)望的時(shí)候發(fā)現(xiàn)自己喜歡搗鼓賽車。后來(lái),他發(fā)現(xiàn)他在這方面完全是個(gè)天才。畢業(yè)之后有人把他介紹給了馬斯克,馬斯克就聘請(qǐng)了他。允克薩很快就得到了晉升,30歲剛出頭,他就已經(jīng)負(fù)責(zé)公司一個(gè)重要部門了。

SpaceX里似乎有許多這樣的故事,反映出這家公司不走尋常路的用人理念。扎克·鄧恩是SpaceX發(fā)射工程部門的資深主管,他告訴我他做實(shí)習(xí)生的時(shí)候,馬斯克跟他說(shuō)他是一個(gè)能力很強(qiáng)的工程師。這讓鄧恩感到很吃驚,并且意識(shí)到馬斯克對(duì)公司里的每一個(gè)人都有清晰的認(rèn)識(shí)。幾年之后,鄧恩被提拔到了發(fā)射工程主管的職位,管理著100多名員工。

這家公司跟特斯拉一樣,垂直整合程度很高。SpaceX自己制作幾乎所有的主要零件,在幾乎整條供應(yīng)鏈都保持著所有權(quán)和控制權(quán)。這在航天業(yè)里是很罕見(jiàn)的。就像阿什莉·萬(wàn)斯解釋的那樣:“這家工廠是SpaceX在火箭制造游戲里主要武器的神殿,內(nèi)部制造。SpaceX制造火箭的80%至

90%,包括引擎、電子元件、主板和電路的設(shè)計(jì)、檢測(cè)震動(dòng)的傳感器、飛行電腦以及太陽(yáng)能電池板?!?/p>

團(tuán)隊(duì)不斷擴(kuò)大,但馬斯克仍然以一種不同尋常的方式保持著對(duì)每個(gè)環(huán)節(jié)的參與。一些老板被叫作微管理者,但在馬斯克的公司里,他的參與程度為他贏得了“納米管理者”的稱號(hào)。

2002年,馬斯克的瘋狂主意開(kāi)始成真了。有了清晰的任務(wù),有了一個(gè)團(tuán)隊(duì),以及一位雷厲風(fēng)行的CEO。下一步就需要一枚火箭了。

在我們介紹SpaceX的第一枚火箭之前,先讓我們明確一下術(shù)語(yǔ):

幾乎所有的太空發(fā)射,目的都是把某些東西送入太空。遞送的東西叫作有效載荷,它可以是一顆衛(wèi)星、一批貨物、人或者猴子——什么都可以。

為了在太空旅行的惡劣條件中保持完好,有效載荷有時(shí)候被放置在一個(gè)叫作整流罩的保護(hù)殼中。有些有效載荷在外太空里需要控制、導(dǎo)航和???,甚至被帶回地球。在這種情況下,有效載荷會(huì)被攜帶在航天器內(nèi)部。

然后是火箭。火箭是發(fā)射的最主要部分,它只有一項(xiàng)工作:攜帶著有效載荷和它的容器穿過(guò)大氣層,將它們送入太空。火箭的主要部分是一個(gè)大型燃料罐,底部是一個(gè)或者若干個(gè)功能強(qiáng)大的鐘形引擎。這些引擎給火箭提供強(qiáng)大的動(dòng)力——或者叫作推力,用來(lái)將許多噸的負(fù)重送出地球大氣層。有時(shí)候火箭由多級(jí)更小的火箭組成,即分級(jí)火箭。如果攜帶的有效載荷是武器的話,這枚火箭就被叫作導(dǎo)彈。

最后,火箭飛船這種東西不存在,它不是一個(gè)專業(yè)術(shù)語(yǔ)。

“阿波羅”任務(wù)使用的巨型火箭叫作“土星5”號(hào)?!巴列?”號(hào)重3000噸,大約相當(dāng)于7架波音747飛機(jī),高度相當(dāng)于一幢35層樓。

航天飛機(jī)的任務(wù)更簡(jiǎn)單,就是進(jìn)入近地軌道,而它采取的是一種完全不同的策略。

和采用一枚大型火箭不同, 航天飛機(jī)使用兩枚火箭(被稱為固體推進(jìn)火箭)來(lái)完成升空過(guò)程,有效載荷——也就是宇航員和設(shè)備——位于穿梭航天器中,它的造型其實(shí)就是典型的航天器。在火箭掉落之后,由橘黃色燃料箱來(lái)提供航天器所需的推力。通常,返回的航天器會(huì)使用降落傘在海洋中著陸,但是航天飛機(jī)采用的是更為先進(jìn)的方式——像飛機(jī)一樣降落在跑道上。

SpaceX制造第一枚火箭的時(shí)候,并沒(méi)有試著去做一枚最大最厲害的火箭。相反,他們制造了一枚小型的、構(gòu)造簡(jiǎn)單直接的試驗(yàn)性火箭,馬斯克將它命名為“獵鷹1”號(hào)(取名自《星球大戰(zhàn)》中的千年隼)。這枚火箭有21米高, 分為兩級(jí),底部有一個(gè)超級(jí)強(qiáng)勁的引擎——這是paceX的發(fā)明,叫作“梅林”引擎。

雖然體型不大,功能也很普通,但是“獵鷹1”號(hào)上充滿了新技術(shù)。他們的首要目標(biāo)是讓向太空運(yùn)送小規(guī)模有效載荷的花費(fèi)變得前所未有地便宜,這不僅是因?yàn)轳R斯克認(rèn)為降低成本是將我們送上火星的關(guān)鍵,還因?yàn)樗J(rèn)為這是目前太空旅行唯一能有顯著提高的地方。他說(shuō):“火箭的速度差不多都一樣,便捷性和舒適度也差不多都一樣,可靠性方面已經(jīng)沒(méi)有多少提升的空間了。因此,真的只剩下一個(gè)因素來(lái)考量這項(xiàng)技術(shù)的進(jìn)展,那就是成本?!敝劣诨鸺l(fā)射的成本為什么居高不下,馬斯克列出了兩個(gè)原因:

第一,航空航天業(yè)里都是大型公司,而大公司是反對(duì)承擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)的。他說(shuō):“這個(gè)行業(yè)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)存在很大的偏見(jiàn)。每個(gè)人都在采取一切可能的措施防止承擔(dān)責(zé)任……即使有更好的技術(shù)出現(xiàn),他們?nèi)匀辉谑褂脷v史遺留下來(lái)的組件,經(jīng)常是20世紀(jì)60年代的那些?!?/p>

第二,垂直整合不夠。我們提到了SpaceX的垂直整合模式,以及這一模式給馬斯克提供的管理便利。馬斯克認(rèn)為這種垂直結(jié)構(gòu)對(duì)降低成本來(lái)說(shuō)也至關(guān)重要,而且他這樣指責(zé)同行業(yè)的人:“大型航空航天公司傾向于搞分包……他們把工作交給分包公司,這些分包公司又會(huì)繼續(xù)尋找下一層的分包公司。想要找到真正著手一項(xiàng)工作的人,比如誰(shuí)在切割金屬、誰(shuí)在操縱原子,需要經(jīng)過(guò)四五層轉(zhuǎn)手,每一層都會(huì)增加支出,經(jīng)費(fèi)得是原來(lái)的五次方。”

沒(méi)有這些包袱,SpaceX能夠“從零開(kāi)始設(shè)計(jì)和建造‘獵鷹1號(hào),從一張白紙開(kāi)?!盨paceX的早期員工馬克斯·沃佐夫說(shuō)“你可以從馬斯克拆分式的推理中看到這張‘白紙。火箭是由什么制造的?航天級(jí)別的鋁合金,外加一些鈦、銅和碳纖維。這些材料在市場(chǎng)上的價(jià)格是多少?結(jié)果發(fā)現(xiàn)這些用于火箭的材料的售價(jià)是火箭造價(jià)的2%左右——這對(duì)大型機(jī)械產(chǎn)品來(lái)說(shuō)是個(gè)驚人的比例……所以我認(rèn)為,鑒于這些原材料的費(fèi)用,我們應(yīng)該能夠建造出更加便宜的火箭。”

這聽(tīng)上去挺美好,但并不是一家具有普通預(yù)算以及發(fā)展時(shí)間框架的普通公司能做到的。這是一個(gè)沒(méi)有幾個(gè)理智的投資人敢涉足的風(fēng)投項(xiàng)目,公司能否存活在很大程度上取決于馬斯克的銀行存款。2006年,馬斯克決定把在汽車制造業(yè)發(fā)動(dòng)一場(chǎng)變革作為自己的另一個(gè)項(xiàng)目。他把從PayPal 中獲得的資產(chǎn)投了7000萬(wàn)美元給特斯拉,1億美元給SpaceX。馬斯克說(shuō)這些錢應(yīng)該夠進(jìn)行“三四次發(fā)射”。SpaceX只有幾次機(jī)會(huì)向客戶展示他們值得被投資,他們必須成功地把某些東西送上軌道,向世界證明他們是動(dòng)真格的。

這是一場(chǎng)規(guī)則簡(jiǎn)單的游戲:用三四次發(fā)射機(jī)會(huì)把一個(gè)有效載荷送入軌道,要不然公司就完蛋。當(dāng)時(shí),在許多嘗試過(guò)這么做的私營(yíng)公司當(dāng)中,只有一家成功了(軌道科學(xué)公司)。為了理解這件事為什么如此困難,我們需要理解軌道是什么。

火箭就像一只巨大的手,把有效載荷扔出去。

實(shí)際上SpaceX的挑戰(zhàn)就是把有效載荷“扔”到軌道上。人們以為火箭發(fā)射是垂直向上的,但實(shí)際上這個(gè)過(guò)程是把有效載荷用很大力氣從側(cè)面拋出去。

在現(xiàn)實(shí)中,火箭公司需要把有效載荷通過(guò)七層樓高、40噸重的金屬塔扔出去,而且需要在正好合適的高度、以正好合適的速度將一臺(tái)精致的儀器發(fā)射出去。

更為困難的是,這個(gè)拋物動(dòng)作從海平面高度的大氣層中開(kāi)始,而這里對(duì)高速運(yùn)動(dòng)的火箭來(lái)說(shuō),就像糖漿一樣黏稠,并且到處都是流動(dòng)的東西(指空氣)。這好比試圖在水面下方幾米用手投球,希望能夠命中。允克薩對(duì)引導(dǎo)火箭穿過(guò)大氣層的挑戰(zhàn)進(jìn)行了這樣的描述:“火箭就像一根你試圖推向太空的面條,它到處晃動(dòng),僅僅測(cè)量火箭上一個(gè)點(diǎn)的運(yùn)行軌跡,是無(wú)法計(jì)算出它的前進(jìn)方向的——你需要測(cè)量好幾個(gè)不同的點(diǎn)。”

有這么多重要因素在作用——火箭的重量、速度、稠密的大氣層,即使是最小的設(shè)備故障也會(huì)立刻毀掉整次發(fā)射。問(wèn)題在于,在發(fā)射之前,根本無(wú)法可靠地檢測(cè)這個(gè)龐然大物是不是能招架得住。

SpaceX在這方面付出了巨大的代價(jià)。

2006:第一次發(fā)射——失敗;

2007:第二次發(fā)射——失敗;

2008:第三次發(fā)射——失敗;

時(shí)運(yùn)不濟(jì)。

導(dǎo)致失敗的都是小問(wèn)題。一個(gè)銹掉的螺母在壓力之下失去了作用,火箭中的液體晃動(dòng)得太厲害,火箭多級(jí)分離過(guò)程當(dāng)中一級(jí)引擎晚關(guān)閉了幾秒……哪怕99.9%都正常運(yùn)轉(zhuǎn),只要剩下的0.1%出問(wèn)題都會(huì)導(dǎo)致火箭爆炸,發(fā)射失敗。太空之夢(mèng)實(shí)現(xiàn)起來(lái)困難重重。

每一個(gè)具有火箭發(fā)射能力的政府或者公司都經(jīng)歷過(guò)失敗,這是在所難免的。正常情況下,只要深呼吸,卷起袖子,找到哪里出了問(wèn)題,然后進(jìn)行下一次發(fā)射就可以了。但是SpaceX的境況不同,這家公司的資金只夠進(jìn)行“三四次發(fā)射”,在前三次都失敗了之后,他們只剩下一次機(jī)會(huì)。第四次發(fā)射被安排在第三次之后不到兩個(gè)月,這是最后一搏。

馬斯克的朋友阿迪奧·雷西將當(dāng)時(shí)的情況做了這樣的描述:“一切都靠這次發(fā)射了,命懸一線……如果成功,就是巨大的成功;如果失敗,即使是因?yàn)楹苄〉膯?wèn)題失敗了,也是巨大的失敗。沒(méi)有中間地帶。他已經(jīng)經(jīng)歷了三次失敗,差不多已經(jīng)一切都完了。這件事很可能被編進(jìn)哈佛商學(xué)院的案例教材,富豪選擇火箭生意然后輸?shù)袅艘磺小!钡窃?008年9月28日,SpaceX進(jìn)行了第四次發(fā)射,并且成功了。他們把一個(gè)仿制的有效載荷送上了地球軌道,沒(méi)有出任何問(wèn)題。SpaceX成為第二家擁有這項(xiàng)能力的私營(yíng)公司。同時(shí),“獵鷹1”號(hào)也成為歷史上成功發(fā)射的火箭當(dāng)中成本效益最優(yōu)的一個(gè)——790萬(wàn)美元,是當(dāng)時(shí)美國(guó)最佳選擇的1/3不到。

SpaceX的成功引起了美國(guó)航空航天局的注意。2008年年底,美國(guó)航空航天局打電話給馬斯克,說(shuō)他們?cè)敢饨oSpaceX提供16億美元的合同來(lái)向國(guó)際空間站進(jìn)行12次物資運(yùn)送。

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