马斯克如何打破火箭发射成本的壁垒？

在这一代的商业航天领域，无疑的是马斯克引领的火箭的变革，无论是火箭的制造还是发射的突破，使得世界上很多国家也在跟着探索火箭成本问题和发射服务成本的问题。

那么大家有没有思考一个问题就是，为什么马斯克的火箭会比历史上或者现在同类火箭便宜那么多？今天我们就来简单的聊一聊。

如有巧了你也想做个火箭制造公司建议可以参考一下。

-创新-

你可能会认为，要想在火箭和航空航天领域立足，公司必须不断创新才能保持领先地位。

虽然这适用于商业领域，但火箭发射行业的情况却截然不同。整个火箭发射行业实际上被一家大型企业集团所掌控（美国）：联合发射联盟（波音和洛克希德·马丁的合资企业）、轨道ATK公司……这意味着，正如这些公司一贯的做法，它们会懈怠于真正的创新，因为作为发射客户的你除了它们之外别无选择。

严格来说，尽管自2002年问世以来，阿特拉斯五号火箭已经过多次升级，但它使用的发动机却是几十年前苏联时代的产物；

而半人马座上面级则使用了20世纪50年代设计的RL-10发动机。

这确实是美国制造的第一台液氢发动机—而且将用于21世纪的运载火箭。

RL-10的设计始于20世纪50年代，当时美国资源充裕，政府也在太空计划上投入巨资。

即使生产流程已经简化，RL-10的造价仍然非常高昂，每台造价高达3000万美元。

你知道SpaceX公司生产的Merlin1-D发动机要多少钱吗？—200万美元。

单凭上面那件东西的价格，你就可以买到15台Merlin1-D了。

你知道这些发动机各自的动力性能如何吗？

RL-10发动机在真空环境下可产生110千牛的推力，而梅林1-D真空发动机（M-Vac）则能提供934千牛的推力，是RL-10的9倍。即使在最低油门设置（39%）下，M-Vac发动机在真空环境下仍能输出360千牛的推力—比RL-10在最大油门设置下的推力高出三倍。而成本却便宜了15倍。

没错，RL-10虽然经过了“升级”，但其核心特性依然如故，并不符合当今的标准。如今，商业领域也有着与政府相比更为迫切的需求，需要将有效载荷送入轨道。他们想要的是最经济高效的解决方案

SpaceX之所以能大幅降低成本，是因为他们完全按照21世纪的标准对整个装置进行了重建。

在SpaceX刚起步的时候，埃隆曾考虑购买俄罗斯的二手发动机作为猎鹰1号火箭的动力源，但他意识到火箭技术自诞生以来就没有改变过：所以他决定自己制造发动机。

SpaceX采用内部设计，运用最新的设计技术（他们使用西门子NX软件，比手工计算和草图绘制要好得多）。此外，发动机的所有部件以及大部分火箭都在SpaceX位于加州霍桑的总部内完成制造和组装，这也极大地提高了效率。

如果你需要一个因科镍合金喷嘴，只需穿过厂房，把它拖到装配线上就行了。

如果你需要一个涡轮泵，就在过道对面就能看到。这大大降低了成本，因为老牌公司通常会雇佣第三方来生产零件，然后从各地运回装配点。

火箭部件不仅易碎，而且体积庞大。运输成本可能占到最终发动机总成本的数百万美元。

除了发动机之外，核心部件也是自主研发的。你只需要在一端安装支撑发动机的八角网状结构，把发动机装进去，再安装支腿和鳍片即可。

为了达到这种生产效率和优化，SpaceX一个月可以制造五个以上的核心部件，SpaceX努力提高产量。

此外，火箭可重复使用这一特性，使火箭的成本从约6000万美元降至5500万美元，降幅达10%。当然，这并不意味着建造一枚猎鹰9号火箭就需要这么多钱。

SpaceX每次发射都能获得30%至40%的利润，这意味着猎鹰9号火箭的建造成本最多为3000万美元。

假设阿特拉斯五号（宇宙神）火箭的发射成本为1亿美元，即使其利润率与SpaceX一样达到40%，火箭本身的制造成本仍然高达6000万美元。这与SpaceX火箭加上利润的价格相当—而SpaceX的火箭性能甚至更强大。

-系统最优-

成本的降低并非单一创新，而是一系列互补的选择和实践的结果：

马斯克的火箭—主要是SpaceX的猎鹰系列火箭和星舰的研发—建造和修复成本明显低于许多历史和当代的同类产品，这是因为SpaceX有意识地围绕成本优先的工程理念重组了硬件设计、制造、运营和商业模式。

承上启下我们从12个方向去简单分析一下：

1为可重复使用和快速翻新而设计

• 重复使用是基本原则：火箭从设计之初就旨在反复飞行，而非一次性消耗。结构裕度、热防护策略和推进式着陆剖面都优先考虑快速周转。
  
• 简化的回收架构：猎鹰9号采用推进式助推/着陆和空气动力学栅格鳍来完整回收第一级，避免了复杂的空中回收或海上打捞链。
• 最小化翻新范围：组件和接口设计便于快速检查和更换（模块化航空电子设备、易于操作的管道、标准化紧固件），从而降低每个维护周期的工时。

2专为生产而优化的高推力、高效率发动机

• 自主研发的梅林和猛禽发动机：设计时兼顾了易制造性、不同型号间的通用性以及着陆时的油门响应。猛禽发动机采用全流量分级燃烧技术，提高了性能，并简化了单发失效情况下的操作。
• 较少的发动机型号和大量的相同单元简化了备件、测试和生产的规模经济。

3垂直整合和工厂自动化

• 将关键子系统（发动机、航空电子设备、结构、软件）内部化可以降低供应商利润率、缩短交货周期并减少集成过程中可能出现的意外情况。垂直整合能够实现快速的设计迭代周期。
• 大量使用自动化加工（CNC）、机器人焊接和数字设计/PLM工具，可以减少单位劳动量并提高重复性。
• 集中式生产线和迭代式工厂优化（学习-建设-学习）随着产量的提高而降低单位成本。
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4简化设计并减少零件数量

• 积极简化：减少独特的零件，采用标准化的螺栓/紧固件，以及在各种型号之间使用通用的航空电子设备/软件，从而降低采购复杂性和库存成本。
• 大型整体式储罐和焊接密集型结构（而不是许多小型、复杂的组件）减少了组装时间和检查点。
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5快速迭代开发和数据驱动改进

• 高飞行频率：大量的测试和商业飞行产生运行数据，可直接减少故障裕度、检查需求和制造缺陷。
• 边飞边测的理念：早期和频繁的飞行测试可以加快成熟速度，缩短开发周期，并确定安全重复使用所需的最低必要硬件/检查标准。

6优化商业模式和定价策略

高额航班收入：政府和商业合同的大规模签订，证明了对生产能力的投资是合理的，并可以摊销固定成本。

• 经济驱动的利润：降低上市价格会增加需求，从而提高生产率，进一步降低单位成本（飞轮效应）。

7精益运营和低成本

• 扁平化的组织结构和工程驱动的运营模式，使得公司运营成本低于传统航空航天承包商，后者往往拥有庞大的运营成本和多层分包体系。
• 整合发射基础设施和移动回收作业可最大限度地降低每次飞行的支持成本。
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8灵活的监管和风险态势

• 更快地接受研发风险和更高的测试节奏，可以比保守的、飞行前完全验证的方法更快地实现成熟，而后者需要漫长而昂贵的鉴定活动。

9降低成本的具体技术措施

• 发动机故障容错性：即使失去一台发动机，也能完成任务，这简化了每台发动机的冗余要求，并减少了每台发动机的过度设计。
• 节流和重启能力：无需复杂的一次性系统即可实现着陆燃烧和重复使用。
• 使用安全有效的商用现成(COTS)电子元件可以降低成本，比定制零件更划算。

10与历史/当代替代方案进行对比

• 传统的一次性火箭（阿特拉斯、德尔塔、质子、阿丽亚娜）是围绕单次飞行使用而设计的，具有很高的鉴定裕度和许多定制供应商，这增加了每次发射和每枚火箭的成本。
• 传统承包商强调通过保守的设计、广泛的测试和大量的分包来保证任务完成——这导致非经常性工程费用、管理费用和单位价格上涨。
• 有些竞争对手追求可重复使用性，但往往需要更高的翻新（例如带翼飞行器、降落伞回收），或者没有同样的垂直整合和生产规模。

11由此产生的经济影响

• 重复使用可以降低最大的单一成本驱动因素（第一阶段生产），而这一成本会分摊到多次飞行中。
• 大规模生产降低了边际成本；每次飞行中吸取的经验教训减少了维护人工、备件和检查需求。
• 综合这些因素，与许多传统系统相比，每公斤入轨成本可降低一个数量级。

12注意事项和权衡取舍

前期投入：实现这些节省需要大量的前期资金、积极的冒险精神以及多年的反复失败和学习。

• 并非普遍最优：对于某些任务（非常小的运行、极端环境、独特的有效载荷），替代架构仍然具有竞争力。
• 持续研发：Starship旨在进一步降低成本，但仍处于研发阶段，存在技术和监管风险，可能会影响最终的经济效益。

总之，SpaceX通过精心设计以实现快速重复使用、简化和标准化硬件、垂直整合和自动化生产、运行高频率飞行学习循环以及采用利用规模效应摊销固定成本的商业模式，降低了成本。

这种系统级综合方法—涵盖工程、制造、运营和商业战略—所带来的成本节约远超任何单一的技术创新。