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SpaceX发展与政府支持专题(一):SpaceX 是怎样长大的
    日期:2020年03月25日    字体:【】【】【

美国太空探索技术公司(SpaceX)2002年成立,2006年就进行火箭首飞(不过未能成功),2008年猎鹰1运载火箭首次成功发射,2010年成功实现猎鹰9中型火箭首飞。2012年,SpaceX 公司开始进行垂直起降复用技术飞行试验,2015年猎鹰9火箭首次完成陆地回收,2016年实现猎鹰9火箭的海上回收。2017年,SpaceX公司不仅完成了其首次军事载荷发射任务,还首次实现猎鹰9火箭复用并且成功完成18次发射任务,占美国全年发射数量的2/3,一跃成为美国最重要的发射服务商。2018年SpaceX公司又实现了猎鹰重型火箭首飞,完成了同一枚火箭一子级的第三次发射,且发射数量也再度实现突破,达到了21次。

▲SpaceX公司火箭技术发展历程

在十几年的时间内,从零起步的SpaceX公司能够如此快速发展,从一家名不见经传的新兴企业,到能够和处于垄断地位的传统发射服务商相抗衡,除了自身在技术方案、设计理念和管理方式上的创新,以及公司创始人艾隆·马斯克的贡献之外,政府所发挥的作用也不可忽略。尤其是考虑到航天发射和国 家安全的密切关系,政府的影响就显得更加突出。

SpaceX公司从政府获取的支持可以分为两类:一类是实实在在看得到的显性因素,包括资金、技术和基础设施等;另一类则是隐性因素,并不是政府直接提供的支持,而是通过长期建设和引导,为SpaceX公司发展提供了良好环境,主要包括政策制度、人才积累以及工业基础。

一、资金支持

SpaceX公司从美国政府得到的各类项目经费高达80多亿美元,对于目前200亿美元左右的公司估值而言,政府在资金方面对于SpaceX公司的影响不言而喻。美国政府为SpaceX公司提供的资金支持包括系统研制经费和服务采购经费,来源主要是美国宇航局(NASA)和空军。其中,美国宇航局提供的资金总计大约为72亿美元,美国空军提供的资金大约为9.6亿美元。

▲2015年艾隆·马斯克陪同美国时任总统奥巴马参观公司位于卡纳维拉尔角的发射设施

创业初期,SpaceX公司连续经历3次发射失利,陷入重大危机。然而,美国宇航局主导开展“商业轨道运输服务”计划(COTS)为其带来了转机。SpaceX公司利用猎鹰9火箭+龙飞船的组合方案获得了美国宇航局的支持,得到了接近4亿美元的资金支持,远高于公司当时得到的商业投资。之后,SpaceX公司又从该局和空军得到了各类发射合同,总价值达到45.1亿美元,按目前猎鹰9火箭6200万美元价格折算,大约相当于73次发射任务。相比于商业公司的订单,政府的订单才是SpaceX公司运营的支柱。

尽管SpaceX公司一直在描绘和宣传火星移民的愿景,但是所需的资金并非SpaceX公司能够独立承担的。因为载人航天系统对于安全可靠性的严格要求,必然会导致系统研发成本的急剧上升,因此SpaceX公司在“商业乘员计划”中从政府得到的资助达到31.44亿美元,是COTS计划的8倍。如果没有美国宇航局的支持,很难会有商业资金为SpaceX公司提供支持。毕竟,当前载人运输系统的商业应用前景远没有商业卫星发射需求那么明显。而没有载人航天发射能力,SpaceX公司的愿景就成了幻景。

▲SpaceX公司凭借猎鹰9火箭+龙飞船的方案得到美国宇航局COTS计划的支持

随着技术和产品越来越成熟,以及商业市场的稳步发展,SpaceX公司未来对于政府订单的依赖可能不像创业初期那样严重。但对于政府而言,能够用更低的价格采购到发射服务,肯定还是会乐意使用SpaceX公司的产品。

另外,SpaceX公司为实现载人登火的远期目标,正在开展大猎鹰火箭 (Super Heavy Starship)的初期研制工作。但受制于公司资源有限,主要精力投入到了载人型猎鹰9火箭以及猎鹰重型火箭上,“大猎鹰”的进展非常缓慢。于是,SpaceX公司在2017年又明确表示希望BFR项目得到政府的经费支持。

▲SpaceX公司从政府得到经费

从上述内容可以看到,SpaceX公司在新系统研发阶段非常依赖于政府资金,如果仅仅依靠公司自筹资金,远达不到今天的成就。

二、技术支持

相比于资金帮助,SpaceX公司从政府得到的技术支持更是促进其快速发展的关键因素。根据美国宇航局最新的航天法案协议清单,目前美国宇航局和 SpaceX公司之间签订的航天法案协议中,有10项是由美国宇航局为SpaceX公司提供技术支持,涉及的技 术领域包括运载火箭研制、发动机建模、增材制造技术、乘员舱显示和控制技术、卫星再入分析、航天器结构的表面化学和材料分析、载人飞船试车监控所需的协调激光光谱技术等。

▲重型猎鹰火箭从LC-39A发射工位起飞

另外,在“商业轨道运输服务”计划和“商业乘员计划”下,双方签署的协议也明确表示,美国宇航局会给SpaceX公司提供必要的技术支持,而且相关技术成果和专利的所有权一般都属于SpaceX公司。一方面,通过提供技术支持保证SpaceX公司的航天运输系统研制计划;另一方面,将技术成果划归为公司产权,促进技术的商业应用。

▲SpaceX公司在美国宇航局斯坦尼斯航天中心进行“猛禽”发动机预燃器的试验

从上述内容可以看到,SpaceX公司在火箭、飞船、卫星等各个方面都得到了政府的技术支持,这对于公司快速发展起到了非常重要的促进作用。

三、设施和服务支持

基础设施是SpaceX公司从美国政府得到的另外一项直接支持,主要包括发射设施和试验设施。

从2007年开始,SpaceX公司陆续租用了美国空军的SLC-40、SLC4E、SLC-4W、SLC-13四个发射工位,以及美国宇航局的LC-39A发射工位(此前用于土星5号火箭和航天飞机的发射)。通过租赁方式得到上述设施的使用权之后,尽管 SpaceX 公司需要进行大量适应性改建,但是相比于完全自建发射场,租赁方式更加经济,而且最重要的是能够利用空军和美国宇航局提供的各类支持服务。以肯尼迪航天中心LC-39A为例,SpaceX公司在租赁发射工位之后,还能够使用肯尼迪航天中心的发射控制室、有效载荷处理设施、发射遥测和通信服务、推进剂及处理服务、地面支持设备等发射相关的设施和服务,以及发射组织、操作、安全等方面的流程支持,甚至于火警、应急服务和媒体支持等方面的辅助支持。因此,政府为SpaceX公司提供的不仅仅是场地和设施,相关的配套服务都能够得到保障。

在试验设施方面,SpaceX公司主要是充分利用美国宇航局所属几个中心提供的支持,其中斯坦尼斯航天中心为其提供了发动机试车设施和技术支持,白沙试验设施为其提供危险物品方面的试验、分析和培训,格林研究中心为其提供电源试验方面的支持,戈达德飞行中心为其提供无线电(射频)试验方面 的支持。在系统研制过程中通过借用政府的试验设施,SpaceX公司不仅得到了专业的技术支持,也避免了自建和维护设施的沉重负担。

四、政策制度支持

航天发射涉及国家安全,具有一定的敏感性,商业公司能否顺利运营非常依赖于政府出台的相关政策法规,而美国政府已经相对完备的规章制度体系成为促进SpaceX公司快速发展的最重要的隐性因素。

▲SpaceX公司从航天领域内老牌公司吸纳人才

▲SpaceX公司从航天领域内老牌公司吸纳人才

在顶层政策方面,美国1988年更新《国家航天政策》,将航天分为“军事航天”、“民用航天”和“商业航天” 三部分并沿用至今。此后在1996年、2006年、2010年以及2018年的《国家航天政策》中都明确提出鼓励商业航天发展。而在2013年出台的《国家航天运输政策》中,更加具体地指出要鼓励商业航天公司研制和发展近地轨道航天运输系统,将国际空间站的运输服务交由商业公司竞争,先通过政府服务需求的牵引和带动,提高美国竞争力,继而在国际商业发射市场上争取更多份额。

在具体法规方面,美国在1984年发布《商业航天发射法案》,简化保险政策和商业发射许可制度,鼓励开放政府大发最新登录网址和设施,促进美国私营部门参与商业航天发射活动,奠定了商业发射的政策基础。之后,又历经1988年、2004年和2010年三次比较重要的修 改和完善,对于责任赔偿、发射安全、发射场运营、试验许可、太空旅游、太空广告等细节进行补充和修订,不断充实法案细节。

▲SpaceX公司的载人“龙”飞船在美国宇航局的“商业乘员计划”下得到了更多经费支持

在实施细则层面,联邦航空管理局的商业航天运输办公室作为航天发射活动的具体监管部门,负责受理发射许可申请等工作,依据《联邦规则法典》 第14编第3章“运输部联邦航空局商业航天运输”中针对申请流程和规则进行了详细的规定,对申请内容进行审核,确定符合规定后,为发起申请的公司提供发射许可或其他类型的事项许可。

▲SpaceX公司在乘员舱内的显示和控制技术研发上得到美国宇航局支持

▲SpaceX公司希望其“大猎鹰”的研制也能得到政府的支持

由于美国在航天发射领域已经形成了相对完备的政策制度体系,SpaceX公司作为一个新兴商业发射服务公司只要遵循设定好的规则,也能够快速适应体系,顺利开展运营。

五、人才和工业基础支持

美国的航天领域经过数十年的发展,尤其是政府主导开展的阿波罗登月计划、国际空间站以及航天飞机等大型项目,对提升技术水平和夯实工业基础起到了极其重要的作用,同时也形成了具有一定规模的专业人才队伍,和能够提供成熟技术的专业公司。航天领域的新兴公司在创业时,不仅能够聚集到众多具有丰富经验的航天人才,还能够从市场中购买到较为成熟的航天产品。另外,随着大发最新登录网址的应用领域和范围不断得到拓展,尤其是大发最新登录网址向民用领域的转化延伸,进一步促进了技术的成熟化,对于降低大发最新登录网址的成本也起到了非常大的推动作用。在上述背景下,政府通过航天领域内长期的耕耘和积累,在人才和工业基础方面为SpaceX公司提供了隐性支持。

▲航天飞机等大型项目和计划促进了工业基础的发展

截至2018年底,SpaceX公司员工人数已经从最初几百人的规模增长到了大约7000人左右,更重要的是其主要负责人都具有丰富的航天背景和经验。公司总裁格温·肖特维尔最初在“航空航天公司”负责军事大发最新登录网址研发活动,之后又在“微观世界公司”负责运载火箭业务的商业运营和开发。推进系统的负责人汤姆·穆勒是世界知名的火箭发动机设计工程师,具有非常丰富的火箭发动机工程经验,此前曾在美国TRW公司担任液体火箭发动机部门的负责人。试验和发射负责人蒂姆·巴扎,曾在波音公司工作过15年时间,担任过德尔塔4火箭一子级的项目试验主管。高级副总裁蒂姆·休斯,曾在美国众议院分管航天领域的“科学技术委员会”中担任重要角色。改进型一次性运载火箭(EELV)客户办公室(负责军方客户)的主要负责人马弗·范德·维格,曾在联合发射联盟公司(ULA)和洛·马公司负责政府客户管理。可以看到,SpaceX公司从航天领域内的老牌公司中吸引了众多精英,利用这些人才自身积累的经验和资源,促进SpaceX公司的快速发展。

运载火箭和航天器作为终端产品,需要下游产业提供材料、工艺、设备和其他各类技术服务支持。例如,SpaceX公司现在需要外包的工艺流程超过89项,而在其供应商清单中有超过200家公司能够满足SpaceX公司的要求。这些能够为运载火箭和航天器厂商提供技术服务的公司并非是跟随SpaceX公司兴起而突然出现的。作为承载航天产业的重要工业基础,这些下游公司主要是依靠美国政府此前主导的大型航天项目发展起来:在阿波罗计划下,土星5号火箭的二级承包商已经超过了330家;航天飞机的主要承包商达到了320家;参与猎户座飞船和航天发射系统(SLS)重型火箭项目的主要承包商超过了1400家。正是得益于大量下游公司参与到政府大型项目中并积累经验和基础,为SpaceX公司这类新兴航天公司的起步和发展提供了良好的环境。          

从上述几个方面可以看出,SpaceX公司的成功不是一种偶然。它是美国航天产业逐步成熟之后,在政策、产业、人才等环境因素的促进下,在政府给予合适的资金、技术和基础能力方面的支持下,再加上自身不断创新实践的结果。

本文原载于《太空探索》2019年第3期,作者为杨开

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