[专题]SpaceX的传奇:美私企超越中国航天

2011-05-15 17:42:33 来源: 网易军事
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近日,美国航天私企SpaceX总裁发布信件称由于公司成本控制出色,SpaceX已能在价格竞争中轻松击败中国。这的确是一个事实,而且实际上它在火箭技术方面同样也已经领先中国!那么SpaceX公司是一个怎样的企业?它的成本控制为何如此卓越?网易军事将予以独家解读。

[专题]美国私企航天成本和技术已超越中国

[专题]美航天私企SpaceX成本和技术超越中国

5月4日Elon Musk在公司官网上发布的“为什么美国可以击败中国:SpaceX公司费用的事实”信件截图。

5月4日SpaceX公司首席执行官Elon Musk在公司网站的更新页面发表了一封信件,题为“为什么美国可以击败中国:SpaceX公司费用的事实”。在这篇文章中,Elon Musk十分自豪的提到了在《航空周刊》报道中,中国长城公司承认他们无法与SpaceX公司在价格上竞争,并认为这是美国创新战胜了更廉价的海外劳工的典型事例。

比中国还要低的火箭发射费用

在信中Elon Musk一一列举了SpaceX公司在成本控制上的突出成绩,这些成绩足以让全世界的航天业界汗颜:猎鹰9号火箭的标准发射费用为5400万美元,目前已经在政府和商业市场都获得了订单,Musk很自信的认为由于SpaceX公司设计生产中进行了高度的垂直集成,随着时间的推移这个价格还将进一步下降;龙式飞船赢得了美国空天局(NASA)的国际空间站货运合同,单次费用为1.33亿美元。这是2008年签订的固定价格合同,美国空天局授予SpaceX公司16亿美元的合同,购买12次货运发射。虽然由于通货膨胀等因素当年的1.33亿美元只相当于今天的1.15亿美元,但固定价格合同意味着通货膨胀报价也不会增加,这令人不得不佩服他们对成本控制的自信。

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美国此前发展的低成本EELV火箭在开发费用上也难以与SpaceX公司猎鹰9号火箭相比。

这里我们可以列举一个简单的事实:美国当前垄断大中型载荷发射市场的联合发射联盟(ULA),2012财年发射费用大幅度上涨30%,4次发射报价17.4亿美元,平均每次发射4.35亿美元。欧洲的阿里安公司和美俄联合的国际发射服务公司的报价也不低,而且他们在海射公司申请破产保护都不约而同的提高了发射费用。即使是廉价的中国长城公司的长征三号乙火箭,发射费用也到了6000万美元以上。

研发费用更拉开与竞争对手距离

如果说火箭和飞船的发射报价令人很难与其竞争,那么研发费用上SpaceX公司更是远远拉开了和其他国家的政府航天机构或是商业航天公司的距离。猎鹰9号重型运载火箭从绘图板上到首次发射,用了4年半时间,研发费用仅仅略大于3亿美元。从零开始的龙式飞船从绘图板到首次发射用了4年时间,研发费用约3亿美元。SpaceX公司自2002年创立以来截止2010财年,总支出略少于8亿美元,公司自2007年度以来连续4年盈利。这些冰冷的数字对于关注航天工业的爱好者来说实在太过震撼。

至于开发费用,美国的EELV火箭花费了35亿美元,阿里安5火箭的研制费用更高,猎鹰9号火箭3亿美元的研制费用降低了一个数量级。在飞船开发上,中国20世纪90年代开发的神舟飞船花费30亿人民币,日本1997年开始研制的HTV货运飞船花费了680亿日元/8.5亿美元,欧洲自1995年以来ATV货运飞船研制花费了19亿美元,这些对比无不显示出SpaceX公司在成本控制上的成功。

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"猎鹰"9的LEO已经超过包括长征2F在内的中国现役所有火箭(左图)。未来"猎鹰"9HLV的LEO还将超过中国的长征5号(右图)。

SpaceX公司航天技术超越中国

SpaceX公司在成本上相当成功,但这并不是使用老旧成熟技术的缘故,他们在技术上同样很出色。猎鹰9号火箭的灰背隼液氧煤油发动机的推力虽然不高,但在开式循环液氧煤油发动机中是比冲最高的,尤其是上面级的改进型灰背隼的比冲更是达到了空前的345秒。在箭体结构和材料上,猎鹰9号是世界上第一种全面应用高强度的2195铝锂合金的火箭,结构质量很低,第二级箭体都仅有3吨。

在剩余燃料管理上猎鹰9号火箭同样出色,这些技术使猎鹰9号火箭在使用比冲一般的开式循环液氧煤油发动机的情况下,运载系数和全面使用高压补燃循环液氧煤油发动机的天顶2号火箭不相上下。在运载能力上,猎鹰9号火箭的地球低轨道(LEO)的运输能力,高于中国现有任何一种LEO轨道运载火箭。今年4月1日宣布的重型猎鹰火箭,LEO运载能力更是达到了空前的45吨,如果增加推进剂交叉输送技术的话,还可以进一步增加到53吨,这个运载能力远远高于各国现有运载火箭的运力,是美国航天飞机和中国长征五号运载火箭的2倍。用首席执行官Elon Musk的话来说,这是美国创新的成功。

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2008年10月30日,长征三号乙火箭将委内瑞拉通信卫星送入轨道。中国以前的低价优势让中国拥有了一定的市场份额,现在却遭受到了SpaceX公司的强力挑战。

中国拥有明显的人力成本优势

由于Elon Musk的公开信标题就明确提到了中国,同时SpaceX公司在过去数年里的成绩让人不得为之不瞩目,这封信在中国的论坛上同样引起了很大反响。长期以来,我们一直认为中国有更廉价的劳动力,即使在后发的高科技领域无法与欧美强国竞争,但在相对成熟的领域理应在成本上具有优势。这是意味内中国有远高于美国的工程师数量和廉价的人力成本,所以我们肯定可以逐步进入高科技领域,以价格优势挤压发达国家的市场份额,而且在航天领域,历史记录也支持我们的价格优势。

中国商业发射报价曾在全球最低

美国的商业发射报价自中国进入国际市场以来就一直高于长城公司,即使是为了降低成本而开发的渐进一次性运载火箭(EELV)的价格也远远高于长城公司长征三号乙火箭的报价。美国联合发射联盟(ULA)的发射费用不仅高于中国,也高于俄罗斯甚至欧空局。美国工业似乎在高端领域也开始衰落了,很多咨询公司和经济学家预测,中国的工业产值将在2011年超过美国,这将是110年来历史性的一幕。

SpaceX公司在航天领域突然崛起

现在2011年还没走过一半,很多人突然发现在航天领域,一家美国私营公司的发射费用和火箭飞船研发费用远低于中国,技术也超过我们倾国之力发展的航天工业的水平,这不能不让人大吃一惊,从某种意义上说,这是对过度乐观者的当头一棒。在震惊于SpaceX公司成功业绩的同时,我们不得不思考,到底这家公司的竞争力来源于何处呢。对于这个疑问, SpaceX公司的发展史是最好的解释。

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Elon Musk和发射前的"猎鹰"9火箭。Elon Musk雄心勃勃,他的终极目标是开展火星殖民,并采用灵活的研发机制和推动火箭复用技术的各项研究。

创建目标:打破藩篱殖民火星

“地球太危险了,你还是回火星去吧”,这句《少林足球》里的台词经常被用来讽刺我们认为的“火星人”。有趣的是,SpaceX公司的创建其实与“地球太危险”的想法有着直接的关系。Elon Musk认为在天灾和自我毁灭(如核战)的威胁下,移民其他星球是我们人类文明得以延续的唯一方法。

Elon Musk还认为现有各国航天机构深受官僚主义繁文缛节的束缚,造成航天发射费用居高不下。他认为更灵活的商业公司开展航天活动,可以大幅度降低航天发射费用。在出售了Paypal的股份后,2002年Elon Musk创立SpaceX公司,并亲自担任首席执行官和技术总监,他的目标是将发射费用降低到当时商业航天发射市场的1/10,并计划在未来研制超巨型火箭用于星际殖民。

正在逐步应用的火箭复用技术

正是基于这样的雄心壮志,猎鹰1号和猎鹰9号火箭在初始设计中都考虑了重复使用问题,以达成发射费用降低一个数量级的目标。SpaceX公司当前的成功,Elon Musk个人的梦想与进取居功甚伟。没有这样胸怀大志的企业家,不可能造就SpaceX这样富有进取精神的公司,也不会出现如此成功的成本控制和由此产生的低廉发射费用。由于火箭复用的技术难度,猎鹰火箭尚未完成第一级的复用,当前猎鹰火箭的报价也没有考虑复用因素,在未来完成复用后,现有报价还将进一步大幅度降低。

火箭的可重复使用并非SpaceX的空口虚言,2010年6月猎鹰9号火箭的首次发射第一级空中解体,但几个月后的第2次发射中第一级虽然没有完整回收,但成功接收到遥测信号,距离成功又近了一步,以后猎鹰9号火箭的发射都将试验回收技术,不出意外的话几年后我们就有希望看到猎鹰9号重复使用的消息。

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民间市场上出售的搅拌摩擦焊机。SpaceX公司在研发上大量采用各种成熟技术和成熟设备。

SpaceX公司并非完全白手起家

和很多人想象的不同,SpaceX公司并不是美国空天局或是某家航天巨头的私生子,也没有得到直接的技术转让,但这并不意味着SpaceX公司是完全的白手起家。得益于美国空天局和美国空军过去数十年时间里对航天工业的巨额投资,美国航天工业具有世界上最高的技术水平和最完善的产业链,还有数量众多经验丰富的工程人员。

大量使用成熟技术和成熟设备

SpaceX公司目前的主力发动机灰背隼1至关重要的喷注器来自于阿波罗计划登月舱下降段发动机,发动机整体设计也源自TRW公司,SpaceX公司推进部门副总裁就是TRW公司的核心设计师之一。SpaceX的2195铝锂合金以及搅拌摩擦焊的使用,并不需要像其他国家航天机构那样独立研发工艺,2195铝锂合金早已在航天飞机外置燃料箱上使用,搅拌摩擦焊更是大路货,只需要直接购买相关设备即可,这在很大程度上降低了火箭的开发费用。在美国强大的装备制造业和航天工业的支持下,SpaceX公司没有联合发射联盟等公司沉重的历史负担,加上更灵活的机制,天然的比其他国家的竞争对手更有优势。

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奥巴马总统接见SpaceX公司人员,表达了政府对商业航天公司的支持态度。注意图中最右者为SpaceX首席执行官Elon Musk。

NASA推动商业轨道运输服务

Elon Musk的成功可以说是时势造英雄,SpaceX公司的发展美国政府机构的支持功不可没。初期的SpaceX公司缺乏收入,如果外部环境一直如此,或许它也会像早期那些壮志未酬的商业航天公司一样随风飘逝,对SpaceX公司帮助最大的是美国空天局的转变。2004年美国总统小布什连任后推出星座计划,按计划美国空天局将退出地球轨道的发射任务,全面转向深空,地球轨道运输转交商业公司,商业轨道运输服务(COTS)应运而生。

SpaceX公司陆续获得可观订单

SpaceX公司参与了COTS的竞争,2006年赢得了COTS第一阶段价值2.78亿美元的合同。2008年4月22日美国空天局授予SpaceX公司一项发射服务合同,价值2亿到10亿美元,将使用猎鹰火箭在2010年6月30日到2012年12月之间进行一系列发射,根据发射任务和次数确定最后的合同金额,同一天SpaceX公司宣布手握14份商业发射订单。2008年12月SpaceX公司还获得了美国空天局正式的商业补给服务(CRS)合同,这项固定价格合同价值16亿美元包含12次货运服务发射。这些合同不仅带来了资金,也增强了潜在商业客户对公司的信心。2010年6月SpaceX公司获得最大的一笔商业合同,将使用数枚猎鹰9号火箭发射下一代铱星,总价值价值4.92亿美元。2011年4月SpaceX公司又得到商业客运开发第二阶段的7500万美元合同。

NASA的巨大支持作用不可忽略

虽然SpaceX公司获得了不少商业合同,但迄今为止SpaceX公司只是使用猎鹰1号火箭进行过1次商业发射,靠已有商业合同的的定金无法实现自2007年以来连续4年盈利,美国空天局商业轨道运输服务等项目的支持对于SpaceX公司的发展是至关重要的。其实SpaceX公司并非孤例,二战后波音公司的波音707客机远销五洲四海,但还少有人知道作为波音707的原型,美国军方采购C-135运输机数量更多。这种来自政府的大力支持,使美国航空工业具有更强的竞争力,SpaceX公司获得的政府合同,不过是这一幕的重演,这也让SpaceX公司对其他国家的航天服务商具备更大的成本优势。

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美国政府推迟了商业客运项目,以让更多公司能与SpaceX公司的龙式飞船进行竞争。

虽然Elon Musk致力于发射费用的降低,但执行官的个人意愿并不一定能变成现实。对SpaceX公司来说,竞争压力也是成本控制成功的重要因素。

不同于垄断市场的联合发射联盟,SpaceX公司作为新兴的小公司,既缺乏人脉关系也没有充足的历史发射业绩,在COTS项目的竞争中更有历史悠久的轨道科学公司这种对手。

COTS的两轮竞争中他们不得不降低成本来尽力加分。SpaceX公司开发了原始设计就具备载人能力的龙式飞船,在商业客运服务的竞争中已经占尽先机,如果当前竞标必然垄断市场。

美国空天局专门推进了商业客运开发项目,数年后多种载人飞船将应运而生,在众多竞争对手的压力下,SpaceX公司也没有店大欺客坐地提价的本钱。

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与美国一样,中国航天也同样或多或少存在举国体制的弊病。这对日后创新形成了很大的阻碍。

标准化和通用化的火箭部件生产

美国虽然具有发达的航天工业,但长期以来坐吃政府合同不思进取,外加官僚主义风气日益暮气沉沉,从子系统到火箭飞船的成本都严重虚高。SpaceX公司为了控制成本别出心裁,很大成本上仿效了早期的福特公司。通过缩短供应链,尽力做到在火箭飞船的子系统自己设计生产,以高度的纵向整合降低了成本。在工程设计上,SpaceX公司的猎鹰9号和重型猎鹰都将使用灰背隼1型发动机,在箭体设计和导航控制等方面都将尽力通用,通过火箭部件的标准化和通用化,以批量生产降低分摊的设计费用并降低生产成本,这也是他们降低成本的一个重要因素。

举国体制下易致航天成本虚高

对比之下无论是美国波音公司Delta IV火箭并不通用的箭体,还是中国长征火箭系出同源等仍然各自有别的箭体,都不得不甘拜下风。Elon Musk认为官僚主义是发射费用虚高的最关键因素,看到SpaceX公司的实践,我们也不得不认同他的看法。突破这些多余的官僚主义,类似SpaceX这样新兴商业公司的涌现是必不可少的,期待僵化的巨型企业和官僚机构自我反省更新,只能出现联合发射联盟那样屡次大幅度涨价的闹剧。

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雄心勃勃的创建者,发达的工业基础,来自政府的大力支持,充分竞争的市场和先进有效的管理,这些众多优势的组合,使SpaceX公司具备了空前的发射成本优势,甚至压倒了人力费用极为低廉中国和印度,它的发展史堪称传奇。

在传奇故事背后,我们可以发现同时具备这些有利因素的,迄今为止也只有美国。Elon Musk在公开信中写道:中国是经济增长最快的国家,但美国的自由企业制度保证了美国仍然具有最强的创新能力。在各方面成本日益提高,急需产业升级的形势下,如何仿效这样的创新,特别是能否对“集中力量办大事”的体制进行突破,对中国来说也是很值得思考的问题。

冯家杰 本文来源:网易军事 作者:松鼠 责任编辑:王晓易_NE0011
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