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星艦成功發射，SpaceX 如何打敗NASA的舊體系
星艦第四次發射成功返回，我們重發這篇文章。
美國東部時間6 月6 日，SpaceX 第四次發射星艦（Starship）太空船。飛船進入軌道，重返大氣層，按計畫落入印度洋海域。
商業公司以相對低成本提供媲美登月火箭的運載能力，是商業太空探索的一次大跨越。 SpaceX 計畫在後續的測試飛行中嘗試平穩回收利用發射火箭，進一步降低成本。裝載新引擎的第二代星艦也在準備中。
今年3 月，星艦首次成功進入近地軌道後墜毀，我們發文介紹了SpaceX 如何建立新的研發、生產體系，支援星艦的誕生。現在我們根據最新進展調整部分內容，重發這篇文章。
2011 年夏天，美國國會和美國太空總署（NASA）共同宣佈了一個宏偉的計畫：投入180 億美元，開發前所未有的巨型火箭和新飛船，重整載人航天，也為之後登陸火星做準備。
這是一個理所當然的「舉國體制」 計畫。國會撥巨資、政府機構（NASA）設目標，讓合作數十年的軍工巨頭們推進。
幾個月後，NASA 從龐大的預算裡撥了個零頭（不到3 億美元）給SpaceX、藍色起源等四家商業公司，讓他們嘗試做出能自負盈虧的載人太空船。分工非常明確：政府開闢技術新疆域；商業公司負責壓低成本。
13 年後，兩個方向的成果差距巨大。 6 月6 日，SpaceX 把40 層樓高、加油後5,000 噸重的星艦（Starship） 送入軌道，也成功驗證了回收星艦的能力。星艦的助推器成功落到墨西哥灣中，而不是像前幾次那樣以爆炸收場。商業公司第一次有了推力、載重規劃超過土星五號的新火箭，而且是可以重複使用的。
SpaceX 對發射充滿信心，甚至在發射前去除了星艦上的兩片隔熱瓦、減少一片隔熱瓦的厚度，以測試不同情況下的隔熱性能。這在一定程度上加大了回收的難度。
重新進入大氣層時，星艦上的隔熱瓦受到衝擊剝落部分，側翼根部被燒壞，訊號幾次中斷。最終星艦還是承受了穿越大氣的極致高溫，落到印度洋中，完成了既定目標。
商業種子超預期成長。而NASA 和美國國防工業主導的SLS 在延期26 次之後，僅在2022 年發射了低配版本，還沒追上土星五號。
兩邊效率相距懸殊。 SpaceX 今天已經是個獲利的公司，自己花了50 多億美元研發、製造星艦。而SLS 計畫已經花了超過238 億美元。
SpaceX 有政府資助。 NASA 在過去20 多年總計給了SpaceX 135 多億美元——大約相當於NASA 半年多的預算。但這些錢不是研發補貼，大多是讓SpaceX 發射衛星、送太空人去太空站，對NASA 有實際回報。
能做到這一步，SpaceX 靠的是商業世界中普遍存在的常識：快速迭代、追求投入產出比、規模化生產、用便宜的通用裝置取代專用裝置。
SpaceX 的成功帶來的啟發不只是技術，也讓更多創業者開始重新審視商業的邊界。越來越多的創業家選擇用新的技術和方法論來顛覆原本被認為只有政府才能主導的領域，推動航空航太、軍工甚至可控核融合的創新。
SpaceX 的超能力——窮
2002 年，馬斯克（Elon Musk）成立SpaceX 的時候，許多PayPal 的老同事都覺得他瘋了，裡德霍夫曼（Reid Hoffman） 說：「這怎麼能是一門生意呢？ 」
但馬斯克不覺得造火箭是不能賺錢的，他認為太空飛行需求少是因為發射價格貴得離譜，當時送1 公斤裝置上太空得花上萬美元。只要SpaceX 能降低發射成本，就會有更多人為他們的火箭買單。有了足夠的需求，SpaceX 就能把火箭賣出去，賺錢製造更好的火箭。
馬斯克也只能這樣想。創立SpaceX 時，馬斯克的總資產不到2 億美元，還不夠NASA 發射一次太空梭。更不用說整個阿波羅登月計畫耗資250 億美元（幣值相當於如今超1500 億美元）。
他一開始想買俄羅斯的二手火箭來壓成本，但被1,800 萬美元的要價勸退。 《馬斯克傳》寫道，從俄羅斯回到美國的航班上，馬斯克開始考慮研發火箭的可行性。他用Excel 列出製造一枚中型火箭的所有材料和成本，例如碳纖維、金屬、燃料等。他發現採用傳統的方法造火箭，成品成本比材料成本多出50 倍以上。
馬斯克由此想出了「白痴指數」：計算一個產品成本比材料成本高多少，高的越多，越白痴。他認為，如果一個產品「白痴指數」 很高，一定可以找到更有效的製造方法來削減花費。
經過激烈市場競爭的現代工業都不太“白痴”，例如汽車行業的白痴指數能做到1.5。但航太探索長期被計畫和指示所控制，目的是展現技術實力和制度優勢，來自財政撥款的機構往往更在意安全，缺乏對效率的極致追求。軍方和NASA 為火箭零件製造提出數百種規格和要求，因此成本高昂，火箭上的一個閥門比汽車上使用的類似閥門要貴30 倍。
SpaceX 製造第一代火箭的時候，自己設計、製造了70% 的零件，剩下的零件則找非航空領域的供應商買替代品，幫它們改進技術以滿足火箭發射的標準。
最後，SpaceX 成功發射第一款火箭獵鷹1 號，只投入約1 億美元。相較之下，理想汽車造出第一輛車之前研發投入接近3 億美元。
用獵鷹1 號證明SpaceX 可以成功發射火箭後，馬斯克就將火箭回收當作必須實現的目標：「每次飛行後扔掉價值數百萬美元的火箭，就像每次飛行後扔掉一架波音747 一樣。
SpaceX 用5 年把它變成現實，現在只有藍色起源等少數機構能做到。
SpaceX 用的方法是網路公司習以為常的反覆試驗、快速迭代。馬斯克認為，這是創造可用火箭的唯一方法。獵鷹9 號的助推器成功回收前失敗過20 次。而這次星艦測試發射前，SpaceX 至少炸燬10 艘。
先前的航太探索中，這樣的折損基本上不可能存在，也承受不起。 NASA 主導的火箭項目，每次發射的成本會到上億甚至數億美元。他們更傾向於在發射火箭前，花數年時間和大量資金完善設計方案，儘可能避免爆炸。
實驗階段的一次次失敗後，SpaceX 得到可靠且便宜的火箭。根據中國運載火箭技術研究院估算，重複發射10 次，獵鷹9 號的單次發射成本只有2,000 萬美元，只有發射一次的42%。如果一個獵鷹9 號能重複發射100 次，單次發射成本會被攤提至1,600 萬美元，只有原來的三分之一。便宜的價格幫SpaceX 吸引大量訂單，去年歐美發射了147 次火箭，SpaceX 佔比超65%。
極低的發射成本，也讓SpaceX 能在6 年內往近地軌道發射超過6,000 顆衛星，組成Starlink 網路。根據Spacenews 測算，Starlink 2023 年營收超過32 億美元。
極致削減成本的理念貫穿星艦開發的各個環節。
包括SpaceX 的獵鷹系列火箭在內，現在許多火箭的主體都用碳纖維複合材料製造，它能承受火箭衝破大氣層時產生的高壓，而且不輕易變形。更關鍵的是，它還足夠輕，可以有效降低火箭自身重量，讓火箭衝向太空時多帶點東西，或少用點燃料。
SpaceX 試過用碳纖維複合材料當星艦的外殼，但製造幾個大型零件後放棄。它不耐高熱，溫度超過200 度，碳纖維複合材料的強度會直線下降，想用得加隔熱層，這會增加火箭製造難度和成本。碳纖維複合材料還很貴，市價每公斤130 美元。再加上SpaceX 用「白痴指數」 改進火箭製造方式多年，已經難以大幅降低成本。
SpaceX 選了更便宜的不銹鋼當星艦的主材料，馬斯克說這是「SpaceX 做出的最佳設計決策」。
不銹鋼很重。 2019 年，SpaceX 用不銹鋼製造的星艦原型重200 噸，如果用碳纖維複合材料製造，粗略估算會減少到40 噸。但不鏽鋼夠便宜，每公斤大概只要4 美元。 SpaceX 犧牲載重，能在一艘星艦上省下超400 萬美元。
而且SpaceX 還有同業不具備的優勢，它可以與特斯拉聯合採購降低成本。星艦用的不銹鋼和特斯拉Cybertruck 上的來自同一家公司－芬蘭的Outokumpu。
用了更重的不鏽鋼，SpaceX 想盡辦法削減火箭的重量。不鏽鋼耐高溫，SpaceX 就減少不必要的隔熱罩。 SpaceX 不給火箭噴漆，也能夠減輕部分重量。這次發射前，如果你放大畫面看發射架上的星艦，你可以清楚看到銲接痕跡。
硬體提升困難，靠軟體和AI 補
星艦上用的猛禽二代發動機，推力剛好達到1970 年代美國太空梭上使用的RS-25 發動機的水平，只有登月火箭土星五號所用F-1 發動機的1/3。
但SpaceX 一次裝了33 台引擎。傳統火箭設計中，用更多引擎並不是最優選。控制一個引擎就很難，想要控制一群，難度會急遽上升。
1960 年代，美國宣佈實施登月計畫後，蘇聯的科學家也開始研發推力足以將太空人送上月球的N1 登月火箭。他們並聯了30 台發動機，但很難同時點火，也不能在飛行中及時、精準地調整方向。 N1 火箭發射4 次，炸毀4 次。蘇聯因此擱置登月計劃。
N1 沒有能處理複雜任務的計算機，但SpaceX 可以用GPU 做模擬測試。
SpaceX 的工程師可以模擬引擎運轉狀況，尋找潛在問題，例如燃料沒能充分燃燒時，引擎會不停顫抖，導致火箭飛行不穩定，嚴重時會讓整個火箭無法載重飛行甚至解體。現有技術沒辦法在引擎運轉時給它做“核磁共振”，軟體模擬可以提前發現問題。
以大量成熟的小型設備組成叢集取代複雜的大型設備，也是馬斯克熟悉的電腦產業反覆實踐的方法論。
今天Google、亞馬遜、位元組跳動等公司的資料中心所使用的處理器和個人電腦裡的沒太大差別。數以萬計的個人電腦等級處理器叢集運算，取代了曾經專門客製化生產的大型主機、小型主機。
馬斯克以此類比火箭說，如果只用一台或幾台大型計算機，但凡出現宕機，整個系統就會停擺，「火箭發動機也是如此。就算獵鷹重型火箭上有6 台發動機出現故障，它還是能進軌道。
AI 也被SpaceX 用來輔助研發發動機，確保它們能正常運作。
2021 年，馬斯克開始抱怨猛禽發動機，它被設計得過於複雜、製造工藝繁瑣，成本無法降低。
為了盡可能減少重量，SpaceX 的工程師去除初代引擎身體的多數電纜和管路，十多個閥門被整合到幾個閥門中，用銲接工藝取代類似螺絲的緊韌體來加強引擎的密封性。他們甚至還去掉了燃燒室內冗餘的雙點火系統，只留一個點火器，用高溫高壓的氧氣和甲烷去點燃剩餘的燃料。
硬體上的每個整合都讓引擎更難控制，每道閥門、管路都要承受比之前更大的壓力。為了精確判斷並控制引擎的流量和燃燒情況，SpaceX 工程師開發了一個AI 模型，模擬測試新引擎各個系統，以便在實際發射時預測引擎的狀態和性能，並在關鍵時刻進行精確調整。
在AI 的輔助下，SpaceX 工程團隊1 年內就做出第二代猛禽發動機，重量下降400 公斤的同時，也讓推力提升24%，並且加快了生產速度。
另一邊，「國家隊」 還在翻冷戰時期的設計圖。 2015 年，NASA 撥款11.6 億美元，讓軍工企業Aerojet Rocketdyne 重啟RS-25 太空梭引擎生產線，為SLS 火箭提供引擎。 RS-25 年產能只有四台，每台成本上億美元。而SpaceX 平均每天就能生產一台猛禽發動機，成本百萬美元，未來計畫降低到數十萬美元。接下來，SpaceX 會把第三代猛禽引擎用到星艦上，它的推力比第二代更強、造價更便宜。
像汽車工廠一樣用流水線造火箭
幾乎所有製造業都遵循萊特定律──生產規模每提升一倍，平均生產成本就會下降15%。但航太領域幾乎沒有生產規模可言。全世界每年只生產上百台火箭，像星艦這樣的火箭更少，上一個與它體型、載重、推力接近的火箭是NASA 去年發射的SLS，過去十多年只產了1 枚。
SpaceX 是第一家打造了規模生產流水線的火箭公司。它的製造經驗很多來自特斯拉。
SpaceX 設計火箭時，會盡可能複用零件，降低製造難度。星艦的外殼主體由數十個高兩公尺、直徑九公尺的不銹鋼「大桶」 銲接組成。這些不銹鋼桶也是助推器Super Heavy 的外殼主體。馬斯克說，它只是更長、底部有更多發動機的星艦燃料箱：“建一條星艦流水線時，你基本上也有了一個生產Super Heavy 的流水線。”
為了節省成本，SpaceX 沒用到混凝土蓋廠房，而是搭大帳篷。太空記者 Eric Berger）感慨，這地方就像珍珠港事件幾週後的美國海軍造船廠。
像在特斯拉一樣，馬斯克讓設計火箭的工程師同時負責火箭的生產，「裝配線上的人要能快速逮捕產品設計師，跟他們吐槽『你瘋了嗎，為什麼要這樣設計』」。
《馬斯克傳》寫道，當馬斯克走過SpaceX 的組裝線，他會在每個工位停下來，靜靜地盯著，跟團隊辯論，拿掉或精簡一些零件。這跟他在特斯拉產線上的行為沒什麼兩樣。他也邀請特斯拉高層觀察SpaceX 的生產線，用汽車製造的思維提出可以簡化生產線的方案。
為了讓工程師理解特斯拉產線的運作方式，SpaceX 財務分析師盧卡斯·休斯（Lucas Hughes）做了PPT ，展示特斯拉的工程師如何刪除多餘的工序和零件降低成本。
每生產一枚火箭，SpaceX 就會迭代一次管線，提高效率、縮短製造時間。 2019 年，SpaceX 的工程師和技術人員製造第一艘星艦花了8 個月。半年後，SpaceX 只用1 個月，就能造一艘星艦。
考慮到星艦最終能重複使用，美國智庫CSIS 估算，使用星艦往太空中運送1 公斤物資的成本預計會降至200 美元，只有此前最便宜火箭獵鷹9 號的7%、土星5 號的3%。
SLS 已經沒什麼競爭優勢。去年，NASA 的官員在交給美國政府問責局（GAO）的報告中承認，SLS 的成本高得無法承擔，計畫難以持續。他們找到美國國防部，希望對方採購SLS 火箭送物資進太空，好幫助軍工企業降低生產成本到20 億美元，遭到拒絕。 「我們可以用更便宜價格買到類似的能力，對SLS 不感興趣。」國防部負責火箭採購的官員接受採訪時說。
不同產業、更多的“SpaceX”
二戰結束後，美國繼續沿用戰時的舉國體制推動重要科技研究。靠著這套體系，美國在冷戰時期用7 年登月，為戰爭目的研發了電腦、網路、GPS 等塑造現代生活的技術。
冷戰結束後，政府間競爭壓力大幅緩解，成功的美國製造業巨頭沉迷於將生產轉移到其他國家，利用海外低廉人力成本，提高利潤率。
只有少數面臨激烈市場競爭的公司，如蘋果，還會選擇掌控核心技術，讓供應商代工生產。而大多有壟斷地位的公司為了財務報表好看一些可以放棄技術投入，比如波音開發787 時讓供應商分擔七成研發成本，不再追求對核心技術的控制，成為美國製造業空心化的代表。
至少有二三十年，美國人談創業，基本上都是在網路等虛擬世界做產品。零星出現的硬體新創公司多聚焦在消費性電子上。
現在航太領域出現一輪由私人公司主導的技術競賽。根據Space Capital，過去十年全球有1,832 家太空公司拿到近3,000 億美元投資，是同期NASA 預算的約1.5 倍。這些新公司大都像SpaceX 一樣，用商業的方式和新出現的軟體輔助解決技術難題，儘可能壓低成本。例如亞馬遜創辦人貝佐斯（Jeff Bezos）支援的藍色起源，現在全面對標SpaceX。
還有一些衛星新創公司，選擇開發重量不到1 公斤、大小不到半塊吐司的微型衛星，送進近地軌道組成不同用途的通訊網路。因為衛星夠小，製造起來比大衛星便宜，發射時也能用一枚小型火箭在太空中批次投放，部署成本也低，就算使用一段時間後自動進入大氣層燒掉，也能算過來帳。
已經固化幾十年的航空發動機產業，現在也有了挑戰者。在YC 創業營中，有家叫Astro Mechanica 的美國新創公司造出了更節省燃料的新型噴射發動機的原型機。
波音、空中巴士所使用的航空發動機，通常只在亞音速的巡航階段有較高效率。而Astro Mechanica 的引擎加裝了電機，自動調整渦輪風扇旋轉速度，可以在保持效率的前提下加速到6 倍音速。現在電動車的爆發加速了馬達進化，讓這樣的想像成為可能。
軍事領域也出現一批創業家。最突出的可能是軍用無人機公司Anduril，這家2017 年成立的公司正在用AI 改造無人機。今年3 月，Anduril 的無人機在試驗場上成功擊毀一輛裝甲目標。 Anduril 的估值已經達到85 億美元。
甚至連各國政府都不再保有熱情的可控核融合，也出現了一批利用新材料和AI 找突破點的新創公司。
作為矽谷創投風向標的YC 創業孵化器，早幾年基本上沒什麼工業或政府專案相關的新創公司。 SpaceX 成為一個範例，讓政府看到商業公司的能量，也激發了越來越多創業者用新科技改造政府和商業巨頭主導的領域。 2012 年到現在，YC 孵化了超過260 個工業或與政府事務有關的專案。
許多創業家和馬斯克一樣，都是外行人進入專業領域。 Astro Mechanica 創辦人伊恩·布魯克（Ian Brooke）上一段創業經驗是造摩托車配件。 Anduril 的創辦人帕爾默·拉奇(Palmer Luckey) 之前創辦了VR 公司Oculus，然後賣給了Meta。
新的創業公司也需要新的創投。 《紐約時報》去年底報導，他們已經確定至少50 名美國軍方官員在過去五年內辭職，去風投機構當高層或顧問，幫助識別那些有潛力的創業公司。
2021 年底，核融合公司General Fusion 的創辦人接受《自然》雜誌採訪說，可控核融合已經到了「SpaceX 時刻」。更多產業正進入這樣的時刻。 （晚點LatePost）