大航天時代即將來臨，你做好當外星人的準備了嗎？

作者：孫瑜

孫瑜：本科畢業於浙江大學高分子系，博士畢業於美國高分子名校阿克隆大學(The University of Akron)，現從事於石墨烯納米複合材料研究。

私人航天航空的技術涉及到機械，材料，自動化，電子，空氣動力學等諸多學科，希望這篇文章，可以與材料領域的小夥伴，或是其他行業的朋友共享啟發。

「得到」App博主萬維鋼曾寫過一篇文章《宇航時代為何還未到來》，大意是說六十年代時，人類已經登陸月球，發射無人探測器踏遍太陽系的很多行星，但為何50年後的今天，我們還沒有在月球建立基地，為什麼還沒有在火星上派送載人飛船呢？

萬維剛博士認為，這是因為從六十到八十年代，人類的太空競賽更多是一種「鄭和下西洋」式炫耀國力的行為。雖然客觀上促進了衛星上的應用，包括全球定位系統、氣象預報、資源、通信、偵查、科研等的長足進步，但這些進步都是在人類花了數百億美金基礎上取得的，是一種炫耀的土豪行為。

筆者對這種觀點是有些許保留意見的。實際上，在美國，有視野的企業家很多都有航天夢，並且也早已布局多年，從微軟保羅艾倫的Vulcan Aerospace、亞馬遜貝佐斯的Blue Origin，到最近川普給NASA的190億美元，用於支持2030年登陸火星的長遠目標。在美國的很多州，比如科羅拉多州、德克薩斯州和加利福尼亞州都有大大小小的這類公司。

之所以不引人廣為關注，是因為最近30多年來，從八十年代的PC、九十年代的互聯網、零零年的移動互聯網再到最近的人工智慧，資本風向標都被計算機科學相關行業的創新所吸引。但美國的私人航天業從來就沒有停止發展過。

NO.1 美國私人宇航的蓬勃

私人宇航的蓬勃發展有個大背景，就是太空梭的失敗和冷戰結束導致的航天競賽的結束，這場風波導致美國80年代開始的重要項目大量下馬，航天巨頭的投資都打了水漂，積極性大受打擊。經歷90年代裁軍，以及航空航天業大整合後，普惠、波音、洛馬這些巨頭的壟斷程度已非60年代能比，對風險也更為敏感，所以對商業發射三心二意，只喜歡國防單。

這些都給美國私人宇航的發展帶來了機遇。這些私人航空就像在火山底下的暗流，什麼時候會噴發？可能就在不遠的拐角處，也是我們經常所說的那個「奇點」（數學連續函數中不連續的那個點，也類比在科技發展中突然迸發的瞬間那個點）。

▲美國總統特朗普近日簽署法案，撥款資助NASA，把探索火星列為太空總署的重要目標。

在目前充滿企業家精神的商業社會，航空航天也不能簡簡單單的就拿炫耀以及用面子工程來解讀，我們要以一個自負盈虧的商業邏輯來解讀。而目前比較成功的來解讀航空航天界的商業邏輯的人就是埃隆·馬斯克和他的 SpaceX。

這家公司的目標就是以技術和商業模式的創新來升級現有航空技術，做航空旅遊，未來實現人類登陸火星，並且在火星上建立殖民地的長期遠景。胸懷遠大，發展至今，成績斐然。北京時間2017年3月31日，SpaceX使用回收火箭發射SES-10衛星並再次成功回收，成為了人類第一次重複使用回收運載火箭進行衛星發射。

NO:2 實踐瘋狂夢想的埃隆·馬斯克

實現這一傳奇夢想的，就是擁有瘋狂夢想的男人——埃隆·馬斯克。據與馬斯克面對面訪談過的美國知名博客主Tim Urban介紹，馬斯克給人的第一印象更像是一個工程師而不是商人或企業家。馬斯克說話不快，每一句都會想一想，說話有點結巴停頓，聲音略低沉，完全不像一個曾經經營4家世界級公司的人，更像一個羞澀的理工男。

說他不像商人是有原因的，在被採訪關於什麼是商業的知識的時候，他說，「我不知道什麼是商業，公司就是一群人聚集起來，創建一個產品或者服務。不存在什麼商業，就是一班人在一起，為一個目標而孜孜奮鬥而已。」

在做SpaceX之前，馬斯克把Amazon書店裡的經典空氣動力學和飛行器設計的書籍都讀了一遍。因為馬斯克事無巨細都要過問，所以他在SpaceX公司裡面也被稱為「納米維度的經理」（來源於Micro-management微管理，Nano-management說明他的管理又微觀到了一個級別。）

擁有超出常人的天才鑽研自學力和物理學及材料學的背景，馬斯克對火箭和特斯拉汽車的每個細節都非常了解，雖然他上了2天斯坦福就退學了。（後來他去斯坦福材料系想從事超級電容器的研究，在特斯拉也確實圓夢了。）這些都並不影響他和從NASA及波音招聘來的工程師們交流，並從他們工作了20、30年的豐富經驗中學習。

馬斯克的知識面覆蓋很廣，之前Tim Urban採訪他，在那兩個小時裡面，他談論的話題就從電動車、氣候變化、人工智慧、費米悖論、意識、可回收火箭、殖民火星、火星上大氣的創造、火星上的民主投票、基因編程、他的孩子、人口下降、物理與工程的區別、愛迪生vs特斯拉、太陽能、碳排放徵稅、公司的定義、時空扭曲、血管里的納米機器人、伽利略、莎士比亞、亨利福特、艾薩克牛頓、美國的先行者、衛星，一直換到冰川世紀。

馬斯克還有一個特點就是保持他的一貫性，無論什麼樣的採訪，他總是用同一個回答，不會在不同場合給出不同答案。經常在記者招待會或者跟客戶談判會結束之後，員工問他的真實想法，他的回答總是「我說的就是我真實想法」。

NO:3 SpaceX火星殖民三步走

雖然SpaceX比特斯拉成立還早1、2年，但SpaceX一直顯得有點神秘低調，為什麼？

因為SpaceX是一家私人公司，馬斯克不想讓它上市，他不想因為公眾的壓力而改變了公司初衷，即實現把100萬人送上火星，並建立火星殖民地。

為了實現SpaceX最終登陸火星的大目標，SpaceX在發展中通過實現一些小目標來慢慢實現：

第一步，試驗火箭發射。

第二步，往地球近地軌道或者衛星同步軌道的空間幫客戶投遞貨物或者衛星。

第三步，火星殖民。

從SpaceX成立之初，每一步也都在有條不紊的推進：

第一步，試驗火箭發射。馬斯克賣掉了Paypal給ebay的1億美金完全投給了SpaceX，然後招來了洛克希德、波音和NASA的專業人員，在帛琉附近的馬紹爾群島的誇賈林環礁上面發射，前面三次都因為一些小問題導致了失敗。比如由於一根螺母沒擰緊，導致液態燃料在燃料箱里翻滾；比如在第一級火箭分離之後，它的引擎太遲才關掉……航天是很精密的技術，99%的精密都可能導致失敗，只有100%的精密才能實驗成功。

接著才終於迎來一次成功。2008年9月，其實那時公司錢基本上燒光，瀕臨破產，第四次的發射也是好不容易才湊出來的錢。但奇蹟發生了，SpaceX拿到了幫助NASA進行12次發射，價值16億美金的合同，才挽救了公司。

幸運的是，這一次接下來的20次發射中，SpaceX都成功了，也使得SpaceX的影響力在最近幾年中一路飈升。

第二步，往地球近地軌道或者同步軌道的空間幫客戶投遞貨物或者發射衛星。美國本土的空間發射，NASA主要都是讓馬丁洛克希德或者波音來完成，或者是這兩家公司的合資公司「聯合發射聯盟」（United Launch Alliance, ULA）。

每一次發射，ULA一般收取高達3億8千萬美金的費用。但SpaceX只需要1億3千3百萬，這還是被限制在NASA的各種條條框框發射條件下的。如果SpaceX跟其他客戶（比如其他國家的發射訂單，比如馬來西亞），6千萬美金就已足夠了。

說到這，就不得不提SpaceX最大的競爭者ULA，ULA是一萬個不願意SpaceX成功的，因為跟軍方國防部的關係，它可以得到所有的訂單，由於技術壟斷，甚至有時會比SpaceX報價高出六倍的要價，軍方也欣然接受。

而且預算是根據成本來計算的（Cost Basis），所以ULA也不想買便宜的部件，也不想更新換代技術來升級降低成本，而是盡量往高處報，這樣它能拿到更大的預算。後來它懶到連引擎都不研發了，而是高價向俄羅斯購買。

俄羅斯這兩年由於低油價，缺衣少糧的，所以經常有私貨賣去外國，馬斯克最開始也是去了好幾趟俄羅斯，想買翻新的火箭來進行拆卸山寨，當然後來沒買到，就只能自己研發了，他們的引擎、分離技術等等很多都有非常多的獨立專利。

▲SpaceX、Blue Origin、NASA系統比較

每一次壟斷行業被打破，壟斷者都不會善罷甘休。歐洲航天局的合作夥伴亞歷安空間技術（Arianespace）就已開始向歐洲航天局抱怨SpaceX的不正當競爭，並以此來申請補貼；因為同樣發射一顆地球同步衛星，SpaceX的報價比火箭發射史上價格最低廉的中國長征火箭發射系列還少1千5百萬美金。由於價格優惠，SpaceX目前有50個計劃發射項目訂單，共計50億美金。

除了降低發射成本，另外就是降低發射衛星的成本，目前市場上發射一顆衛星需要2.5億美金，由於價格高昂，客戶們都喜歡用更加保守的發射技術，比如現在的衛星發射都是九十年代的技術，因為這樣可以保證衛星安全上天不至於浪費錢。但是降低衛星成本的好處也是顯而易見的，這一部分SpaceX的研發正在跟進，也是它的一個戰略方向。

第三步，火星殖民。載人航天目前基本上被中俄兩國壟斷，而到2023年國際空間站退役之後，整個天空就只有中國的空間站了，當然目前只是發射了天宮二號和前一段時間剛剛發射的神舟十一號，但接下來幾年會有連續的發射，就跟搭積木一樣把空間站就搭起來，中國在載人航天方面也在扮演越來越重要的地位。

而美國自2011年載人飛船退役之後就不行了，下個獵戶座航天飛船要到2021年。美俄在克里米亞問題上關係不好，所以每次上國際空間站都被俄羅斯要挾。2014年3月，俄羅斯總理就曾在推特上挖苦過美國人：「美國人對我們的航天工業進行制裁, 如果這樣的話，我建議美國用蹦蹦床把他們的宇航員送到國際空間站里去。」

當時馬斯克也不甘示弱，在當天也懟了一條推特：「是時候應該亮相飛龍飛船二代了，我們跟NASA合作很久，所以蹦蹦床也就不需要了吧。」其後的2014年5月，飛龍飛船二代雖然亮相，但一直沒有實現載人返還，中間2015年有過兩次調試，初步計劃是今年10月開始試飛，但因為載人飛船涉及到安全性，所以還是讓我們拭目以待。

NO:4 火星殖民夢

介紹完世界情況，再來看看SpaceX。在載人航天以及登陸火星方面，馬斯克的想法是：1.有人有意願去火星居住；2. 要有足夠的人能付得起來回的費用。只有同時符合這兩個條件的人多了，這個市場才能成長起來。

但其實最關鍵還是成本，因為如果成本能控制在一個普通中產階級能支付的水平，就會吸引更多有意願的人參與。馬斯克去年9月在墨西哥宇航大會的演講時說，上火星20萬美元就足夠了。20萬美元是什麼概念呢？美國一個普通獨立屋價格的中位數，這確實是一個相當震撼的數字。

那怎樣才能實現大規模的降低成本呢？馬斯克提出了2個關鍵點：第一，每次搭載至少100人以上，第二，火箭的可回收利用。

第一級搭載火箭連續發射，重複發射可以把成本降到1%。其次是第一級火箭重複利用，每次把第二級火箭或物品送到近地軌道後就返回來，重新搭載，再發射，再搭載……這個也已經實現了，今年3月31號SpaceX成功把一枚已經發射過一次的鷹隼9號（Falcon 9）再次發射到太空，並成功降落在海面上。第一次在全世界證明，火箭不單單可回收，還可以重複利用。

馬斯克規劃中的未來殖民火星的計劃是：2018年第一次發送貨物到火星，2025年第一次送人類上火星，預計到2075年，可以達到火星100萬人的目標。一般認為只有100萬人左右才可以達到社會分工完善，形成一個可持續發展的社會。接著是利用火星礦物建造永久居住地；利用火星大氣製造燃料，進行返航的準備；或者融化火星北極冰蓋冰川，改造火星大氣。 關於這方面很多都還只是一種遠期規劃。

當然，SpaceX有更具視野性的大故事來支持要殖民火星的理由：

1. 讓人類成為多行星（Multi-planetary）物種。生物在地球上存活了大概六億年左右，迄今為止已經有了5次生物大滅絕。這麼說有點抽象，可以假設我們有一個叫「地球」的手機，假設每5千萬年為「一個月」，當前是2017年4月，這個手機在2009年8月份就有了（地球誕生），但直到在2016年4月開始存有叫做「生物」的照片，由於手機經常重啟，手機分別在2016年7月、8月、11月、12月和2017年3月，丟失了70%以上的照片。

特別是2016年11月那一次丟失了90%的照片（90%的生物種類都滅絕了）；而「恐龍」這張照片也是在2017年3月那次「重啟」中丟失的。為了讓「人類」這張照片不至於丟失，我們該怎麼做呢？當然是找一個新手機備份照片。火星就是一個有潛在可能的「新手機」。

▲火星殖民地（藝術家想像圖）

當然，「人類」這張照片其實也就是「3個小時前」才有的（正兒八經的人類其實出現也就20萬年前的智人，而不是所謂的170萬年前的北京人，這方面《人類簡史》已經有詳細描述）。離上次照片丟失2017年3月也才過了一個月，根據過往經驗平均2個月丟一次照片，所以我們猜估計還有1個月左右時間（5千萬年），所以我們還是有時間來把「照片」備份的。

2. 彰顯人類勇於開拓的冒險精神和培養民族自信。永遠不要忽略「我們的征途是星辰大海」所帶來的強大精神力量。這也是為什麼我國會把航天航空發展看作首要任務，也解釋了為什麼每次神州飛船都會引發全民熱議，以及為什麼去年三月份中國航空發動機集團成立會引起小小的轟動。

去年11月頒布的關於十三五戰略中的「軍民融合」，也是一個非常有意義的話題。「軍民融合」既包括軍轉民，也包括民轉軍。其中民轉軍是鼓勵民間資本積极參与到軍事國防與航天航空行業當中來，軍轉民則鼓勵把軍方的高端技術民用化，造福民眾。每一次對人類生存空間的「外部世界」的拓展，都會對「世界」（目前的「世界」=「地球」，以後「世界」=？？，留待我們來拓展）產生深遠影響。

由於SpaceX和特斯拉以及Solarcity，Hyperloop等公司的成就（馬斯克3月底又註冊了一家新公司Neuralink，專註於神經科學），馬斯克也因此常被比作是當代的洛克菲勒（能源）和亨利·福特（汽車），又或者與喬布斯（科技）、霍華德·休斯（航空）並駕齊驅。

最後再說一句，特斯拉的市值最近也剛超過福特了。

END

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