马斯克和他的SpaceX创航天历史,而非偶然,绝非

 行业动态     |      2020-06-07 16:34

北京时间 5 月 31 日 03:23 分,SpaceX 公司首次成功发射载人龙飞船,成为有史以来第一家将人类送入太空轨道的私营企业。在约 19 个小时后的 22 点 30 分,载人龙飞船与国际空间站成功对接,国际空间站终于迎来了新的访客——史上第一艘商业载人飞船。

目前,载人龙飞船已经获得了来自国际空间站的电力供应,两名宇航员鲍勃·本肯 (Bob Behnken) 和道格·赫尔利 (Doug Hurley)将对飞船的对接状况进行检查,且于北京时间 6 月1 日 00:30 分打开舱门,与空间站上的宇航员成功会和。

按照计划,飞船将在空间站停留约 110 天。在那之后,两名宇航员会乘坐龙飞船返回地球。之后,此次任务才能算是最终完成。但目前看,此次任务中风险较大的部分已经圆满完成,目前形势非常乐观。

马斯克的成功举世共睹,此举也被誉为“最成功的吹牛姿态”。甚至在5月28日和5月31日两次发射中,美国总统特朗普、副总统彭斯都到肯尼迪航天中心现场观看。马斯克突破想象的背后也让我们好奇,马斯克为什么成功?

航天飞机,是人类迈向太空,开启探索的一大壮举。自1972年以来,美国就投入巨资,进行相关开发研究。先后生产出6架航天飞机,从“企业”号一直到“哥伦比亚”号、“挑战者”号、“发现”号、“亚特兰蒂斯”号与“奋进”号。

其中,“企业”号为测试机,从未载人,也未发射升空。而“挑战者”号与“哥伦比亚”号,均失事发生爆炸,酿成悲剧,两起事故相隔17年时间。

1986年1月28日,“挑战者”号在执行第10次太空任务时部件失效,升空仅1分多钟即爆炸解体。2003年2月1日,“哥伦比亚”号航天飞机在得克萨斯州北部上空解体坠毁,7名宇航员全部遇难。两起事故,共夺去14名宇航员的生命。

1985年服役的“亚特兰蒂斯”号,在航天数超过32次,总航程达约1.94亿公里。2011年7月21日,“亚特兰蒂斯”号在肯尼迪中心着陆并退役。此后,作为头号航天大国的美国就失去了将宇航员送入太空的能力。在这八年多的时间里,美国只能购买俄罗斯的联盟号飞船船票,借助这个“老对手”的航天力量把自家宇航员送入太空,借此维持国际空间站的正常运行。

对美国航天而言,靠俄罗斯人载人到空间站一是有求于人,另一个重要原因还是价格太贵。2007年时,俄罗斯联盟号飞船的座位单价只要2000万美元出头,而到了2018年这个价格已经涨到了8100万美元左右。

于是,美国国家航空航天局(NASA)盯上了商业公司。2014年9月,NASA正式发布了商业乘员运输能力(CCtCap)的合同,波音公司和SpaceX公司最终获得了与NASA合作的机会,分别赢得42亿美元和26亿美元的商业合同。他们将各自研制一种新型商业载人飞船,并选用符合载人航天要求的运载火箭,重建美国的载人航天发射能力。

问题就在于,为什么商业航空航天公司能率先突破技术的局限,走在美国载人航天的前端?

政府机构主导的科研项目,最大的问题是不可持续。上面一商量,把经费断掉,整个项目就垮了。而且因为项目没有通过商业化的长期迭代发展,很多零部件成本高,没有深度优化,内在脆弱,不可持续。虽然载人航天技术看似是一个庞然大物,但其实短期内是可以出一些成果的。

大家都知道明代中国的伟大航海壮举——郑和下西洋。在明成祖朱棣的引领下,郑和七下西洋。首次航行始于永乐三年(1405年),而最后因为统治政府“下西洋诸蕃国宝船,悉皆停止”的命令而在1433年突然断掉。美国的阿波罗计划和航天飞机计划的取消,也都符合这种政府项目的特点。

但与政府主导正相反,自下而上的不断迭代技术工具,不断扩张的模式使整个过程自始至终都保持了底层的可持续性,因此可以用市场的收入来支持进一步发展。虽然开始起步寒掺卑微,但是内力强大,有巨大生命力。

葡萄牙探险者从北非一步步环绕整个非洲大陆,沿岸建立贸易据点 (奴隶,香料,食物,金银等等的贸易),不断征税,用利润再投资不断改进航海技术。1488年过好望角,到最后控制南亚印度沿岸,1511年控制马六甲,1513年 jorge Alvares 首次抵达广州。

可以说SpaceX的成功离不开这种自下而上的商业发展模式。SpaceX成立于2002年,SpaceX成立之初的目标就是把航天发射的成本降到美国政府经营所需费用的十分之一,以及将太空运送物资和人员的风险也同步减少至以往的十分之一。SpaceX开发了可部分重复使用的猎鹰1号和猎鹰9号运载火箭,大大降低了运载成本,且同时开发Dragon系列的航天器已通过猎鹰9号发射到轨道。

这也正说明了,任何政府主持的宇航探索项目,没有市场的支持和分摊成本,对于底层的内在模式而言,都缺乏真正的竞争力。

自上而下的商业发展模式给了SpaceX源源不断的动力,而数字孪生技术却强有力支持了航空发展不断取得新突破。

近几年,数字孪生的热度不断攀升,频繁出现在各大峰会论坛的演讲主题之中,备受行业内外的关注。

数字孪生,顾名思义,就是“数字双胞胎”。根据国际统一的定义,数字孪生是充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据,集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程,在虚拟空间中完成映射,从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。简单来说,数字孪生就是在一个设备或系统的基础上,创造一个数字版的“克隆体”。

数字孪生的概念是在2002年由密歇根大学教授迈克尔·格里夫斯提出的,迈克尔·格里夫斯教授在产品全生命周期管理课程上提出了“与物理产品等价的虚拟数字化表达”的概念:一个或一组特定装置的数字复制品,能够抽象表达真实装置并可以此为基础进行真实条件或模拟条件下的测试。该概念源于对装置的信息和数据进行更清晰地表达的期望,希望能够将所有的信息放在一起进行更高层次的分析。

而将这种理念付诸实践,甚至是早于理念提出的正是美国国家航天局(NASA)的阿波罗项目。在该项目中,NASA 需要制造两个完全一样的空间飞行器,留在地球上的飞行器被称为“孪生体”, 用来反映(或做镜像)正在执行任务的空间飞行器的状态。

2006年12月20日,美国总统布什发布了Executive Order 13419,要求建立国家级的先进技术路线图。2007年12月,《航空技术研发和基础设施国家计划》获批,2008年12月与之相关的技术附录也编制完成。

在这样的背景下,2010年,已经进入奥巴马时代的NASA和国家研究委员会(NRC)开始筹备为航空领域设计一个技术路线图。NASA组织相关专家撰写《NASA空间技术路线图》,共涉及14个主题。据统计,该报告包含140个挑战、320种技术,时间跨度为20年,该技术路线图一直延续到2030年。

正是在这次报告14个技术主题中,TA 11(即Modeling,Simulation,Information Technology Processing Roadmap)提出大致在2027年实现NASA数字孪生体规划目标。

而大家关注的SpaceX发射成功龙飞船正是数字孪生体的现实运用,从一定意义上看,这也代表了一个新时代的开启。

马斯克对于NASA的数字孪生体2027计划非常感兴趣,他从NASA和美国国防部笼络了一批数字孪生体顶级人才,其中就涉及到Edward Glaessgen,曾多次给SpaceX公司提供咨询服务。当然,他自己也亲自学习数字孪生体相关的关键技术。马斯克把数字孪生体的潜力用到了极点,它充分利用数据驱动的特点,尽量简化人与设备的机械交互方式。例如,这次发射龙飞船,跟飞船中宇航员交互的视频显示,内部人机交互已经采用了触摸屏方式,这将发挥数字孪生制造的潜力,并提高设备的可用性。

回顾2010年NASA提出数字孪生体2027计划,当时考虑的是利用NASA自身官僚体系来完成相关工作。但金融危机的逐步深化,提出了降低成本的要求,也给马斯克介入NASA业务提供了机会。原计划需要17年才可以完成的计划,马斯克只用了10年时间就完成了,这就是机制变革带来的奇迹。

马斯克和他的Space用18年向我们证明了“成功是一个概率事件,而非偶然,绝非偶然”。有梦想,有毅力,仰望星空,脚踏实地的干不一定会成功。但失去梦想,没有毅力,不能为梦想而付诸于行动,显然一定难以实现梦想。

这么多年来,SpaceX在研究火箭的过程中,经历了无数次爆炸,跌倒后站起来,又继续跌倒,无休无止。

2006年,SpaceX的第一枚火箭“猎鹰1号”火箭进行首飞,火箭在升空25秒后失控旋转,坠入海中,发射失败。

2008年8月3日,“猎鹰1号”第三次发射,这次发射搭载了3颗人造卫星和数百名希望将骨灰撒向太空的航天勇士。然而火箭在升空两分钟后开始震颤,继而与地面失去联系。

连续三次的发射失败,给马斯克和SpaceX带来了致命的打击。他的个人财富所剩无几,仅能够支撑最后一次发射。

屋漏偏逢连夜雨,在金融危机的阴霾下,特斯拉濒临破产,员工纷纷离职。马斯克一度精神崩溃,“只有两三个人留了下来。我没想过我会精神崩溃,但真的崩溃了。”回忆起2008年,马斯克说那是他“生命力最灰暗的一年”,“一边嚼着玻璃,一边凝视死亡的深渊。”

在第三次发射失败后,仅隔一个多月,SpaceX再次发射“猎鹰1号”,终于成功将首枚非政府火箭送入了太空。

发射成功后,SpaceX成功接到NASA的订单,得以存活下去。但是接下来的路却更难走,即使被沦为笑柄,也没能阻挡马斯克的脚步。

直到2016年4月8日,马斯克的SpaceX迎来命运的转折点。这一天,SpaceX的“猎鹰9”火箭成功在海上着陆。马斯克对航空事业的热爱,全都写在着陆船名上——“我当然还爱你”(Of Course I Still Love You )。

马斯克一直以来给我们的印象都是一位特立独行,具有颠覆者意识的创新者。而这次的发射也令他激动不已,在发射后的新闻发布会上,马斯克说:“我们还没有停靠(国际空间站),当然我们还需要把他们安全地带回来。所以还有很多工作要做。但这太不可思议了。我们已经为这个目标努力了18年。很难相信这真的发生了。”“这是一艘由人类为自己制造的飞船,我认为人类应该为这一天的到来感到骄傲。”

成功是一个概率事件,而非偶然,绝非偶然,马斯克如此,人类亦如此。任何成功的背后都有常人难以理解的辛酸与挫折。