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航天界价格屠夫马斯克是如何炼成的?抠门,敢

2020-06-18 01:43

1、传统航天巨头普遍的思路是采用火箭模块化、系列化和通用化,从成熟技术挖潜,从而降低成本,这和SpaceX公司的发展路径有相似之处,颇有“以子之矛,攻子之盾”的味道。

2、“便宜好用”正是SpaceX公司鲜明的标签,为此,马斯克给公司定下7字诀“简单、可靠、低成本”,并由此打破各种条条框框,在管理和技术上锤炼出两大创新法宝。

3、在新技术的应用上,SpaceX公司敢于第一个吃螃蟹:用3D打印技术制造飞船发动机,并开始研制用于登陆火星的核动力发动机。

航天集昂贵和高科技于一身,历来是大国的角力场,是国家意志支持下的烧钱马拉松,鲜少有私人资本染指。因此,当私人企业SpaceX进入航天领域,并在短时间内创造一系列奇迹后,迅速引发了行业内外的关注。SpaceX的迅速崛起,是创始人埃隆.马斯克个人打拼的结果,还是另有力量推动?SpaceX凭什么挤上传统航天巨头的游戏牌桌,开创出一个航天新时代?私人太空旅游离我们普通人有多远,会否引发一场产业和技术革命?为此,“魔铁的世界”将推出系列内容,分别从历史过往、商业模式和未来影响三个角度,尝试解读私营航天这一航天新物种。《航天界价格屠夫马斯克》为系列第二篇。

在第一篇《“航天黑马”马斯克开挂背后》(可戳文末链接阅读)中,讲述了美国在上世纪70年代末全面押注航天飞机,引发一连串蝴蝶效应,几乎丢失商用发射市场,不得不改革航天体制,引入和大力扶持私营航天公司,埃隆.马斯克的SpaceX公司抓住这一机会,迅速崛起,用18年时间上升到一个航天大国的高度。

有网友阅读后认为,SpaceX公司能挑战传统航天巨头,也是有自己的真本事的,否则亚马逊创始人杰夫.贝佐斯创办的蓝色起源为何没有脱颖而出?

这其实涉及到个体努力问题,也正是“航天新物种”系列第二篇的主要内容,即SpaceX公司如何锤炼出独有的竞争优势,击破传统航天巨头铸就的铜墙铁壁?

在商界,低价从来都是一把锋利无比的长矛,几乎可以刺穿任何坚硬的护盾。SpaceX公司就手握这样一把长矛,自拿到第一个发射订单以来,其每千克载荷的发射价格最高不超过7500美元,是所有在役运载火箭中最低的,其中“猎鹰”重型最低仅有“飞马座”XL的1/26(见下图)。

波音和洛克希德.马丁公司组建的美国联合发射联盟每次发射的价格为4.35亿美元,欧洲阿里安空间公司(Ariane Space)和俄罗斯国际发射服务公司(ILS)的报价要厚道得多,但也在1亿美元到2亿美元之间,在SpaceX最高6千万美元的报价面前,毫无战斗力。

所以,仅仅1年后的2014年,SpaceX新签订的商业卫星发射订单量,就从零变成占据国际商业发射市场的45%。欧洲和俄罗斯在国际商用发射市场的份额一年丢失近半,垄断围墙轰然倒塌。

更让巨头们恐慌的是,SpaceX公司的价格还能往下降。马斯克在2013年也就是第一次打入国际商业发射市场时预测(其实就是向传统航天巨头下战书),猎鹰9实现火箭一级的海上平台回收并重复使用后,其发射成本将成数量级下降。

为了应对SpaceX公司掀起的洗牌压力,美国、日本和欧洲的航天巨头相继提出新型低成本火箭研制计划,降价成为主旋律:

由波音和洛克希德.马丁公司组建的美国联合发射联盟公司(ULA)的“火神” (Vulcan)运载火箭研制计划,要求在年发射1020次的条件下,最低发射价格9000美元/千克,是现役宇宙神-5 (Atlas-5)价格的47%,降了一半多;欧洲航天局(ESA)在阿里安-6的研制计划里,将发射价格定为8000欧元/千克左右,是阿里安-5的84.2%;日本新型H-3火箭发射地球同步转移轨道载荷每千克预计成本为6500美元左右,是H-2A火箭的63%左右。危机面前,大家不玩嘴炮,来真的,普遍的思路是采用火箭模块化、系列化和通用化,从成熟技术挖潜,从而降低成本,这和SpaceX公司的发展路径有相似之处,颇有“以子之矛,攻子之盾”的味道。

2014年9月16日,经过4年的角逐和等待,美国国家航空航天局(NASA)终于敲定了“国际空间站(ISS)”载人运输任务的承包商名单,波音公司和SpaceX公司入选。

但有赢家就有输家,内华达山脉公司研制的“追梦者(Dream Chaser)”太空飞机,和蓝色起源公司研制的圆锥体太空船“空间飞行器(Space Vehicle)”双双落选。

根据时任NASA副局长威廉.格斯滕迈尔签署的一份内部文件披露的信息,内华达山脉公司的“追梦者(Dream Chaser)”太空飞机,设计成熟度最低,导致完成载人运输任务有更多的不确定性,而且报价远高于SpaceX公司。

SpaceX公司几乎就是内华达山脉公司“硬币”的反面:设计成熟度高,报价最低。简单说就是“便宜好用”。

“便宜好用”正是SpaceX公司鲜明的标签,为此,马斯克给公司定下7字诀“简单、可靠、低成本”,并由此打破各种条条框框,在管理和技术上锤炼出两大创新法宝。

采用扁平化管理,减少管理层级,公司副总裁和总工程师直接面对员工,没有严格意义的部门划分,底层技术人员明白领导层的目标是什么,想要什么,从而降低管理成本,提升企业神经末梢的反应速度;采取“纵向一体化”供应链管理方式,通过自主设计并在一个厂房内制造、装配、测试几乎所有零部件,避免冗繁的供应链,拒绝传统设计商、承包商和“成本加成”计费等拉升成本;广泛吸纳和汇聚波音(Boeing)、洛克希德.马丁(LM)、诺思罗普.格鲁曼(Northrop Grumman)等传统航天巨头的精英人才;采用成熟适用技术加自主创新技术的策略,不一味追求高精尖;采用通用化、标准化设计,以批量生产降低制造成本。

管理创新是SpaceX公司外在的优势,容易被对手模仿,像前面说的传统航天巨头采用火箭模块化、系列化和通用化设计思路,从成熟技术挖潜,就是从SpaceX公司学习的。

SpaceX公司的技术创新有着明确的目标,在保证高可靠和快速响应的前提下,击穿一切下限,以此降低成本,表现在研发和生产制造上,SpaceX公司有自己的抠门独家秘笈,即采取“有所为,有所不为”的策略。

运载火箭元件主要包括发动机、箭体结构、电气设备、管路阀门、火工品等,其中发动机和箭体结构技术含量高、供应商数量少,是成本大头,占比超过50%(具体见下图)。

为此,SpaceX公司采取“有所为”,即自研生产,既掌握了核心科技,又避免了釆购价格受制于供应商,导致成本难以压降。

至于普通原材料及元器件,由于美国航天工业基础雄厚,供应商数量较多,属于典型的买方市场,买方议价能力较强,价格相对低廉,于是SpaceX公司釆取直接釆购而不是自研的方式压降成本,即“有所不为”。

此外,在保证高可靠性的前提下,SpaceX公司会放弃成本高昂的航天级硬件,转而采用价廉物美的普通用品,比如用与自动提款机类型相同、价格仅5000美元的计算机,替代总价高达100万美元的航天专用计算机,用更便宜更舒适的赛车安全带,替代专门定制的航天员专用安全带等。

NASA官员迈克.霍克恰克(Mike Horkachuck)曾如此评价SpaceX公司降成本的努力:“SpaceX的工程师会讨论成本问题,一个价值5万美元的部件,他们觉得太贵,会在自己的工厂里用2000美元生产这个产品 ;而在NASA,我几乎从来没有听到过哪个工程师会关心零件的成本。”

在设计上,除众所周知的重复使用部件降低成本外,还通过巧妙的设计,在看不见的地方省钱。

“龙”飞船分载货型和载客型两种,除乘员舱逃逸系统、生命保障系统和利用飞行计算机控制太空舱的船载控制系统外,其乘员舱和货运舱的结构几乎完全相同,因此可以很快在两种功能间快速切换,实现客货两用,避免设计和制造两种专用飞船,拉升成本。

“猎鹰”系列火箭的成功,离不开高可靠的梅林发动机。而梅林发动机的高可靠性就在于应用了“简单即可靠”的新理念,因此将发动机结构设计得非常简单,消除了复杂结构带来的不稳定隐患。

同时,梅林发动机具备推力补偿技术,可在大范围内调整推力,即便“猎鹰”9火箭的9台发动机中任意一台出现故障,其它8台发动机也可以自动增加推力进行补偿,完美解决一台发动机失效导致整个发射失败的世界难题。

2012年10月,“猎鹰”9火箭发射“龙”飞船向国际空间运送货物时,第一级的一台发动机出现故障停机,其他8台发动机立即自动补偿了推力损失,最终成功将“龙”飞船送入预定轨道。

推力补偿技术在关键时刻证明了自己的价值,否则,SpaceX公司很可能在起步之初就遭遇重大挫折。

2014年, SpaceX公布了新一代的“龙”飞船,该飞船装备的超级天龙座发动机,是世界上首个利用 3D打印技术制造的发动机,它可以为每个引擎提供高达 16000 磅的动力,并能够根据需要多次重启,还能实现深度节流,技术非常先进。

目前,SpaceX公司正在研发核动力发动机,作为未来登录火星的动力,这在行业里也是非常前卫的。

相比之下,传统航天巨头们举手投足显得老土,主打的主发动机、助推器、贮箱等关键系统,技术上裹足不前,还动辄需要几十亿美元的投入。

“便宜好用”的SpaceX公司给美国及国际发射服务市场带来巨大冲击,自然与波音和洛马(洛克希德.马丁)等传统航天巨头发生了利益冲突,尤其在NASA 确定使用 龙飞船替代航天飞机后,多年来SpaceX公司承受了波音和洛马的质疑,以及来自美国国内各方的巨大压力。

联合发射联盟公司(ULA)是波音和洛马的合资企业,双方各占50%股份,在过去十多年中,它与SpaceX公司的关系一直处于白热化状态。

两家公司为了各自的商业利益,都花钱进行游说。仅在2015年,在游说国会的开销上,SpaceX公司就花了130万美元,联合发射联盟公司(ULA)则花了90万美元。

由于美国政府是波音和洛马的强大后盾,因此,尽管马斯克在商业发射市场攻城略地,但在利润丰厚的政府订单市场,却长时间没有突破。

马斯克的策略是诉讼,通过起诉联合发射联盟公司(ULA)垄断航天发射市场导致浪费纳税人的钱,来引起社会关注,以撬开波音和洛马的垄断市场。

2014年4月25日,SpaceX公司宣布向美国联邦索赔法院提起诉讼,质疑美国空军与联合发射联盟公司(ULA)签订的首批渐进一次性运载火箭(EELV)项目批量采购合同的公平性。马斯克声称,SpaceX公司的发射费用比联合发射联盟公司(ULA)便宜得多,如果 SpaceX赢得合同,将每年为纳税人节省 10 亿美元。

2014年9月16日,经过4年等待,SpaceX公司和波音这个老冤家一起获得NASA的总额高达68亿美元的商业载人运输系统研制合同。对波音来说,这是市场失守的开始。

打破原有垄断格局并不是轻松愉快的过程,毕竟触动了多方利益,而改革又无法和稀泥,所以在地球上任何地方都需要勇气和战略眼光。时任NASA的局长博尔登就意味深长地说:“这不是一项容易的选择,但却是NASA和国家的最佳选择”。

美国自2011年航天飞机退役后,便暂时失去了从本土送宇航员上天的能力,国际空间站人员往返运输工作不得不依赖俄联盟号飞船。俄罗斯毫不客气连年涨价,每个宇航员的座位收费已从2007年的2400余万美元,涨到2018年的近8000万美元,11年涨价3倍多,宰得美国人有苦说不出。

多花钱不是最重要的,最重要的是美国人缺乏安全感。博尔登说:“地球上最伟大的国家不应该靠他国才能上天。”

2020年5月31日,SpaceX公司将两名宇航员成功送入太空,证明了6年前NASA作出的艰难选择物有所值。

SpaceX公司的故事到此结束了吗?还没有,因为一个航天新时代的大门可能已经徐徐打开。

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