星艦成功發射，SpaceX 如何在美國打敗科研的舉國體制

文丨賀乾明 李梓楠

編輯丨黃俊杰

2011 年夏天，美國國會和美國宇航局（NASA）共同宣佈了一個宏偉的計劃：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，也爲之後登陸火星做準備。

這是一個理所當然的 “舉國體制” 項目。國會撥巨資、政府機構（NASA）設目標，讓合作幾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飛船。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。3 月 14 日，40 層樓高、5000 噸重的星艦（Starship） 成功擺脫地心引力，進入近地軌道。這次發射沒能實現 SpaceX 的全部目標，推進器在墨西哥灣濺落前爆炸、星艦途經大氣層回到地球時損毀。但成功入軌已經是技術前進了一大步——人類終於有了推力、載荷超過土星五號的新火箭。

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 今天已經是個盈利的公司，自己花了 50 多億美元研發、製造星艦。而 SLS 項目已經花了超過 238 億美元。

SpaceX 由政府資助。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、送宇航員去空間站，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、用便宜的通用設備替代專用設備。

SpaceX 的成功帶來的啓發不只是技術，還讓更多創業者開始重新審視商業的邊界。越來越多的創業者選擇用新的技術和方法論去顛覆原本被認爲只有政府才能主導的領域，推動航空航天、軍工甚至可控核聚變的創新。

SpaceX 的超能力——窮

2002 年，埃隆·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，他認爲太空飛行需求少是因爲發射價格貴得離譜，當時送 1 公斤設備上太空得花上萬美元。只要 SpaceX 能降低發射成本，就會有更多人爲他們的火箭買單。有了足夠多的需求，SpaceX 就能把火箭賣出去，賺錢造更好的火箭。

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 發射一次航天飛機。更不用說整個阿波羅登月計劃耗資 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 1800 萬美元的要價勸退。《馬斯克傳》中寫道，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，比如碳纖維、金屬、燃料等。他發現採用傳統的方法造火箭，成品成本要比材料成本多出 50 多倍。

馬斯克由此想出了 “白癡指數”：計算一個產品成本比材料成本高多少，高的越多，越白癡。他認爲，如果一個產品 “白癡指數” 很高，一定可以找到更有效的製造方法削減花費。

經過激烈市場競爭的現代工業都不太 “白癡”，比如汽車行業的白癡指數能做到 1.5。但航天探索長期被計劃和指令所控制，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，缺少對效率的極致追求。軍方和 NASA 爲火箭零部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% 的零部件，剩下的零部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。相比之下，理想汽車造出第一款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，現在也只有藍色起源等少數機構能做到。

SpaceX 用的方法是互聯網公司中習以爲常的反覆試驗、快速迭代。馬斯克認爲，這是造出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。

此前的航天探索中，這樣的折損基本不可能存在，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 2000 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銷至 1600 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，去年歐美髮射了 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 6000 顆衛星，組成 Starlink 網絡。據 Spacenews 測算，Starlink 2023 年營收超過 32 億美元。

發射後正在進入軌道的 Starlink 通信衛星。

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，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，但製造幾個大型部件後放棄。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，市場價每公斤 130 美元。再加上 SpaceX 用 “白癡指數” 改進火箭製造方式多年，已經難以大幅降低成本。

SpaceX 選了更便宜的不鏽鋼當星艦的主材料，馬斯克說這是 “SpaceX 做出的最佳設計決策”。

不鏽鋼很重。2019 年，SpaceX 用不鏽鋼製造的星艦原型重 200 噸，如果用碳纖維複合材料製造，粗略估算會減到 40 噸。但不鏽鋼足夠便宜，每公斤大概只要 4 美元。SpaceX 犧牲載重，能在一艘星艦上省超 400 萬美元。

星艦早期測試畫面。圖片來自 SpaceX。

而且 SpaceX 還有同行不具備的優勢，它可以與特斯拉聯合採購降低成本。星艦用的不鏽鋼和特斯拉 Cybertruck 上的來自同一家公司——芬蘭的 Outokumpu。

用了更重的不鏽鋼，SpaceX 想盡一切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，可以清楚地看到焊接痕跡。

硬件提升困難，靠軟件和 AI 來補

星艦上用的猛禽二代發動機，推力剛達到 1970 年代美國航天飛機上使用的 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 臺發動機。傳統火箭設計中，用更多發動機並不是最優選。控制一個發動機就很難，想要控制一羣，難度會急劇上升。

星艦助推器 33 臺發動機同時工作。圖片來自 SpaceX。

1960 年代，美國宣佈實施登月計劃後，蘇聯的科學家也開始研發推力足以將宇航員送上月球的 N1 登月火箭。他們並聯了 30 臺發動機，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，炸燬 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 做仿真測試。

SpaceX 的工程師可以模擬發動機運轉狀況，尋找潛在問題，比如燃料沒能充分燃燒時，發動機會不停顫抖，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。現有技術沒辦法在發動機運轉時給它做 “核磁共振”，軟件模擬可以提前發現問題。

用大量成熟的小型設備組成集羣替代複雜的大型設備，也是馬斯克熟悉的計算機產業反覆實踐的方法論。

今天 Google、亞馬遜、字節跳動等公司的數據中心所用的處理器和個人電腦裡的沒太大區別。數以萬計的個人電腦級別處理器集羣計算，替代了曾經專門定製生產的大型機、小型機。

馬斯克以此類比火箭說，如果只用一臺或幾臺大型計算機，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 臺發動機出現故障，它還是能進軌道。”

AI 也被 SpaceX 用來輔助研發發動機，保證它們能正常工作。

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。

爲了儘可能減少重量，SpaceX 的工程師去掉初代發動機身的多數電纜和管路，十多個閥門被集成到幾個閥門中，用焊接工藝取代類似螺絲的緊固件來加強發動機的密封性。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其餘的燃料。

硬件上的每一處集成都讓發動機更難控制，每道閥門、管路都要承受比之前更大的壓強。爲了精確判斷並控制發動機的流量和燃燒情況，SpaceX 工程師開發了一個 AI 模型，模擬測試新發動機各個系統，以便在實際發射時預測發動機的狀態和性能，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，還讓推力提升 24%，並且加快了生產速度。

猛禽 2 比猛禽 1 和 NASA 仍在使用的 RS-25（ SLS 火箭的發動機） 更小、輕，但推力與 RS-25 接近。

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 重啓 RS-25 航天飛機發動機生產線，爲 SLS 火箭提供發動機。RS-25 年產能只有四臺，每臺成本上億美元。而 SpaceX 平均每天就能生產一臺猛禽發動機，成本百萬美元，未來計劃降低到數十萬美元。

像汽車工廠一樣用流水線造火箭

幾乎所有制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%。但航天領域幾乎沒有生產規模可言。全世界每年只生產上百臺火箭，像星艦這樣的火箭更少，上一個與它體型、載荷、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 是第一家打造了全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，會盡可能複用零部件，降低製造難度。星艦的外殼主體由數十個高兩米、直徑九米的不鏽鋼 “大桶” 焊接組成。這些不鏽鋼桶也是助推器 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。”

爲了節省成本，SpaceX 沒用混凝土建廠房，而是搭大帳篷。航天記者埃裡克·伯格（Eric Berger）感慨，這地方就像珍珠港事件幾周後的美國海軍造船廠。

星艦裝配現場。圖片來自 SpaceX

像在特斯拉那樣，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住產品設計師，跟他們吐槽 ‘你瘋了嗎，爲什麼要這樣設計’”。

《馬斯克傳》中寫道，當馬斯克走過 SpaceX 的裝配線，他會在每個工位停下來，靜靜地盯着，跟團隊辯論，拿掉或者精簡一些零件。這跟他在特斯拉產線上的行爲沒什麼區別。他還邀請特斯拉高管觀察 SpaceX 的生產線，用汽車製造的思路提出可以簡化生產線的方案。

爲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掉多餘的工序和零件降低成本。

每生產一枚火箭，SpaceX 就會迭代一次流水線，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用了 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，計劃難以持續。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。

不同行業、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。靠着這套體系，美國在冷戰時期用 7 年登月，出於戰爭目的研發了計算機、互聯網、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，已經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，比如蘋果，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爲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，成爲美國製造業空心化的代表。

至少有二三十年，美國人談論創業，基本都是在互聯網等虛擬世界裡做產品。零星出現的硬件創業公司多聚焦在消費電子。

現在航天領域出現一輪由私營公司主導的技術競賽。根據 Space Capital，過去十年全球有 1832 家太空公司拿到近 3000 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 那樣，用商業的方式和新出現的軟件輔助解決技術難題，儘可能壓低成本。比如亞馬遜創始人傑夫·貝佐斯（Jeff Bezos）支持的藍色起源，現在全面對標 SpaceX。

還有一些衛星創業公司，選擇開發重量不到 1 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絡。因爲衛星足夠小，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量投放，部署成本也低，就算使用一段時間後自動進入大氣層燒掉，也能算過來賬。

已經固化幾十年的航空發動機行業，現在也有了挑戰者。最近一期 YC 創業營中，有家叫 Astro Mechanica 的美國創業公司造出了更節省燃料的新型噴氣發動機的原型機。

波音、空客所用的航空發動機，通常只在亞音速的巡航階段有較高效率。而 Astro Mechanica 的發動機加裝了電機，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電機進化，讓這樣的設想成爲可能。

軍事領域也在出現一批創業者。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。在 Starship 進入太空的同一天，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。

新一代科技公司的產品演示視頻，Anduril ALTIUS-700M 無人機攻擊目標。圖片來自 Anduril。

甚至連各國政府都不再保有熱情的可控核聚變，也出現了一批利用新材料和 AI 找突破點的創業公司。

作爲硅谷創投風向標的 YC 創業孵化器，早幾年基本沒什麼工業或政府項目相關的初創公司。SpaceX 成爲一個範例，讓政府看到了商業公司的能量，也激發了越來越多創業者用新技術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 個工業或者與政府事務有關的項目。

許多創業者和馬斯克一樣，是外行進入專業領域。Astro Mechanica 創始人伊恩·布魯克（Ian Brooke）上一段創業經歷是造摩托車配件。Anduril 的創始人帕爾默·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風險投資人。《紐約時報》去年底報道，他們已經確定至少 50 名美國軍方官員在過去五年內辭職，去風投機構當高管或顧問，幫助識別那些有潛力的創業公司。

2021 年底，核聚變公司 General Fusion 的創始人接受《自然》雜誌採訪說，可控核聚變已經到了 “SpaceX 時刻”。更多行業正在進入這樣的時刻。

題圖來源：SpaceX。