跟著馬斯克學摳門Starship測試中的迭代之路

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    馬斯克在SpaceX的火箭製造上展現了獨特的“摳門”智慧,在一個不容忍任何失敗的行業裡,透過快速迭代和容忍失敗,SpaceX大幅降低了開發成本和時間。馬斯克採用不鏽鋼材料和自動化生產線,進一步節約成本。每次失敗都被視為寶貴的學習機會,透過不斷最佳化設計,最終實現了高效能、低成本的火箭。這種大膽而靈活的策略,不僅提升了效率,也為SpaceX提供了品牌故事。
    摩根士丹利在4月份的一份報告中表示,SpaceX的最新估值為 1800 億美元,這將使其成為標準普爾500指數中價值最高的50家公司之一。其 Starlink部門已建成世界上最大衛星網路,擁有260萬用戶。

美國太空探索技術公司(SpaceX)“星艦”在得克薩斯州第5次試飛,發射塔的機械臂成功夾住了返回地面的超級重型火箭“Super Heavy”助推器。這也是星艦實現成為完全可重複使用火箭系統目標的一個重要里程碑。

    美國東部時間上午8點25分(中部時間上午7點25分),超重型火箭助推器在德克薩斯州博卡奇卡的SpaceX星際基地發射升空,助推器頂部裝載著無人駕駛的星際飛船。發射視窗於美國東部時間上午8點開放,發射時間為30分鐘。
    這次演示任務首次包括了一次雄心勃勃的嘗試,即在火箭耗盡大部分燃料並與星際飛船上部分離後,將232英尺高(71米)的火箭助推器操縱到一個巨大的著陸結構上。超重型火箭被一對巨大的金屬鉗子成功夾在半空中,SpaceX稱之為“筷子”。
    SpaceX這次用“筷子”回收火箭的成功,簡直是一場充滿戲劇性的“科技大大戲”。馬斯克的SpaceX就像一個勇敢的探險家,不斷在爆炸和失敗中尋找寶藏。傳統NASA製造火箭,就像一位嚴謹的老教授,每一項設計都要經過無數次的驗證和模擬,生怕任何一個細節出錯。結果呢?NASA的火箭造價動輒數十億,數百億美元,而SpaceX呢,回想當年第一支火箭,只用了1億美元就搞定了!
    這成功背後的秘密就是SpaceX的“摳門”策略。馬斯克不拘一格,大膽採用快速原型和迭代測試的方法。每次失敗都被視為寶貴的學習機會,而不是致命的打擊。傳統NASA小心翼翼地走每一步,生怕出錯,而SpaceX則是“炸一次,學一次,再炸一次,再學一次”,最終在失敗中找到了成功的路徑。
    摳門理論依據:馬斯克SpaceX的“白痴指數”
    一個符合營銷特點的,非專業的經濟學指標,指導了馬斯克的SpaceX Starship?不知道具體是不是,反正營銷的口徑是。
    “白痴指數”這一非經濟學概念,對於馬斯克的SpaceX Starship專案而言,卻成為了節約成本和加速製造火箭迭代的關鍵工具。透過計算製成品的總成本與其基本材料成本之間的比值,馬斯克能夠識別出生產過程中的低效率和不必要的成本。在Starship的製造過程中,這一概念被用來系統地降低成本,透過重新設計、最佳化製造工藝、更換供應商和自研關鍵零部件,顯著降低了白痴指數。
    SpaceX火箭和傳統NASA火箭有什麼不同
維度 SpaceX火箭 傳統NASA火箭
製造材質 不鏽鋼(星際飛船)、鋁-鋰合金(獵鷹9號) 複合材料、鋁合金、鈦合金
材質成本 不鏽鋼:$3/kg;鋁-鋰合金:較高 複合材料:$135/kg;鋁合金:中等
一級火箭 獵鷹9號:9個Merlin發動機,成本約$3020萬 SLS:4個RS-25發動機,成本約$1.6億
二級火箭 獵鷹9號:1個Merlin真空發動機,成本約$700萬 SLS:1個RL10發動機,成本較高
發動機 Merlin 1D:$1000萬 RS-25:$3500萬
燃料 RP-1/LOX:$20萬/次 LH2/LOX:較高
每公斤運輸成本 獵鷹9號:$2000/kg SLS:$20,000/kg

NASA火箭與SpaceX Starship的白痴指數分析

指標 NASA火箭 SpaceX Starship 備註
白痴指數 基於材料成本與總成本的比值
製造成本(億美元) 約1-3億 約0.5億 包括材料、人工和開發成本
迭代次數 快速迭代以降低成本和提高效率
製造週期(月) 快速原型製造和測試
載重(噸) 較低 100+ Starship設計目標是高載重
運載成本(美元/公斤) 目標是降低至約150美元/公斤
    與傳統的NASA火箭相比,Starship的白痴指數顯著降低,這反映了其在設計和製造過程中的高效率和成本控制。NASA火箭通常具有較高的白痴指數,這與其更長的製造週期、較少的迭代次數和較低的載重能力有關。相反,Starship透過快速迭代和測試,實現了更低的製造成本和更高的載重能力,從而在運載成本上具有顯著優勢。
馬斯克的白痴指標 NASA傳統火箭 SpaceX Starship 備註
設計複雜性 NASA火箭通常涉及更多的子系統和更復雜的整合,而Starship強調簡化設計和製造流程。
製造成本(億美元) 約數億到數百億美元 約億美元 NASA火箭的單次發射成本通常遠高於Starship,部分原因是製造和運營的規模經濟。
製造週期(月) 3-5年 約6-9個月 Starship的快速迭代和測試周期顯著短於NASA的傳統火箭開發週期。
可重複使用性 有限 Starship的設計目標是完全可重複使用,而NASA的傳統火箭通常不是。
成本效率 Starship透過簡化設計和可重複使用性實現更高的成本效率。
說明:
  • 製造成本:這裡假設NASA傳統火箭的單次發射成本約為幾十億到數百億美元,而SpaceX Starship的單次發射成本目標約為數千萬美元。這些數字是基於公開報道和估計,實際成本可能會有所不同。
  • 製造週期:NASA傳統火箭從設計到首次發射可能需要3-5年的時間,而SpaceX Starship的目標是在6-9個月內完成製造和測試周期。
請注意,這些資料僅供參考,實際的成本和週期可能會因專案進展、技術挑戰和外部因素的變化而有所調整。SpaceX的Starship專案仍在積極開發中,其最終的效能和成本效率將取決於未來的測試結果和運營經驗。
    摳門技巧:從製造段入手,發揮迭代思維
    馬斯克也運用了白痴指數這個工具。他先計算猛禽發動機各個部件的白痴指數,例如,一個噴管半護套的成本可能高達13000美元,但其主要材料——鋼的成本僅約200美元。接著,讓團隊一步一步降低白痴指數高的零部件生產成本。緊接著,spacex團隊開始運用馬斯克提出的五步工作法:質疑、刪除、最佳化、加快週轉時間、自動化,對每一個零部件進行逐一審查和改進。

SpaceX和NASA火箭製造的具體對比

對比維度 SpaceX NASA
箭體設計 快速原型和迭代測試,設計週期6-12個月 長期規劃和詳盡模擬,設計週期2-3年
零件數量 數千個(如Starship) 約200萬個(如阿波羅11號)
組裝時間 數月 數年
發射次數 多次(詳見下表) 較少,每次發射間隔長
爆炸次數 多次(詳見下表) 極少
成功次數 多次(詳見下表) 較少,每次成功都需要長時間準備
每次發射成本 數百萬美元 數千萬美元
總設計成本 數千萬美元 數億美元
迭代週期 數週至數月 數月至數年

SpaceX發射和爆炸次數統計

序號 版本 發射日期 發射結果 估算成本(美元) 迭代週期(天)
1 SN1 2020年3月 爆炸

2 SN2 2020年4月 成功 30
3 SN3 2020年5月 爆炸 30
4 SN4 2020年6月 成功 30
5 SN5 2020年8月 成功 60
6 SN6 2020年9月 成功 30
7 SN8 2020年12月 爆炸 90
8 SN9 2021年2月 爆炸 60
9 SN10 2021年3月 成功 30
10 SN11 2021年3月 爆炸 10
11 SN15 2021年5月 成功 60
12 SN20 2021年7月 成功 60
13 SN24 2021年10月 成功 90
14 SN30 2022年5月 成功 210
15 SN35 2023年4月 成功 330
16 SN40 2023年12月 成功 240
17 SN45 2024年5月 成功 150
18 SN50 2024年10月 成功 150
伴隨著迭代,是無數次的爆炸和被媒體恥笑。這種策略給所有商業企業的啟示是:不要怕失敗,要善於從失敗中學習。有時候,大膽嘗試和快速迭代比按部就班的穩妥策略更能節省成本,提高效率。畢竟,誰說成功一定要一帆風順呢?也許,正是那些“爆炸”和“失敗”,讓我們離真正的成功更近了一步。

人工智慧在SpaceX火箭設計“迭代”中的應用

箭體設計
  • 傳統火箭:依賴人工設計和模擬軟體,設計週期長,需要多次修改和驗證。
  • SpaceX火箭:使用人工智慧進行最佳化設計,透過機器學習演算法快速生成多種設計方案,選擇最優解。設計週期大大縮短。
發動機設計
  • 傳統火箭:設計過程複雜,需要大量的試驗和驗證,週期長。
  • SpaceX火箭:使用人工智慧進行發動機引數最佳化,透過模擬和資料分析快速找到最佳配置,減少試驗次數和時間。
設計週期對比
對比維度 傳統火箭 SpaceX火箭
箭體設計週期 2-3年 6-12個月
發動機設計週期 1-2年 3-6個月
總設計週期 3-5年 1年左右
零件數量對比
對比維度 傳統火箭 SpaceX火箭
箭體零件數量 200萬個(如阿波羅11號) 數萬個(如Starship)
發動機零件數量

成本對比
對比維度 傳統火箭 SpaceX火箭
箭體設計成本 數百萬美元 數十萬至數百萬美元
發動機設計成本 數百萬美元 數十萬至數百萬美元
總設計成本 數億美元 數千萬美元


傳統火箭與SpaceX火箭具體案例對比

NASA的傳統火箭(如阿波羅11號)
  • 設計週期:長達10年
  • 製造成本:數十億美元
  • 每次發射成本:數千萬美元
  • 製造週期:數年
  • 零配件數量:約200萬個
  • 運載能力:約140噸
SpaceX的Starship
  • 設計週期:數年
  • 製造成本:數千萬美元
  • 每次發射成本:數百萬美元
  • 製造週期:數月
  • 零配件數量:數千個
  • 運載能力:100-150噸
    SpaceX透過採用迭代設計方法和人工智慧技術,成功地在短時間內開發出了Starship這一革命性的航天器。相比傳統火箭,Starship在成本、製造週期、可重複使用性和運載能力等方面均表現出顯著優勢。這種方法不僅提高了開發效率,還為未來的深空探索奠定了堅實的基礎。透過不斷的學習和改進,SpaceX展示瞭如何在高風險的航天領域實現高效、低成本的發展模式。

代價:Starship的商業迭代都是用美金換來的

    金錢鋪路,爆炸陪伴——對比NASA還是“省錢”

  • 2016年:SpaceX首次公開宣佈Starship專案,目標是開發一種完全可重複使用的運載火箭,用於深空探索。
  • 2019年:首個原型機Starhopper完成初步測試,驗證了垂直起降能力。
  • 2020年:SN1至SN4系列原型機進行了一系列地面測試,逐步改進結構和發動機效能。
  • 2021年:SN8至SN15系列原型機進行了高空飛行測試,驗證了複雜的機動和著陸程式。
  • 2023年:首次綜合飛行測試成功,Starship成為有史以來最重、最強大的飛行器。
  • 2024年

    :繼續進行軌道飛行測試,計劃在未來幾年內實現載人任務和月球著陸。
時間 事件
2016年 SpaceX首次宣佈Starship專案
2019年 Starhopper完成初步測試
2020年 SN1至SN4系列原型機進行地面測試
2021年 SN8至SN15系列原型機進行高空飛行測試
2023年 首次綜合飛行測試成功
2024年 繼續進行軌道飛行測試

傳統火箭與SpaceX火箭設計思路對比

對比維度 傳統火箭 SpaceX火箭
設計方法 長期規劃和詳盡模擬 快速原型和迭代測試
製造材料 複合材料/鋁合金/碳纖維 不鏽鋼
發動機型別 液氫/液氧發動機 液甲烷/液氧發動機
可重複使用性 一次性使用 完全可重複使用
測試頻率 較少,每次測試間隔長 頻繁,每次測試間隔短
迭代速度 緩慢,每次迭代需要數月或數年 快速,每次迭代僅需數週或數月
成本控制 高昂,每次失敗可能導致巨大損失 相對較低,快速迭代減少總體成本
安全性 高度重視,前期投入大量資源確保安全性 適度容忍失敗,透過快速迭代提高安全性
製造週期 數年 數月
流水線 手工製造為主 自動化生產線
零配件數量

成本、迭代次數、製造週期和流水線的詳細對比

對比維度 傳統火箭 SpaceX火箭
製造成本 數億美元 數千萬美元
迭代次數 幾次 數十次
製造週期 3-5年 6個月-2年
生產線自動化
零配件數量 數千至上萬個 數百至上千個
每次發射成本 數千萬美元 數百萬美元
運載能力 幾十噸 100-150噸
運載成本 每公斤數千美元 每公斤幾百美元
    在商業火箭市場,SpaceX似乎是一個異類。儘管市場需求並不明顯,但SpaceX憑藉其獨特的商業策略和技術創新,最初僅用1億美元就能造出火箭,這一成就令人行業矚目。SpaceX的核心策略在於其大膽而高效的迭代設計方法,這種策略不僅大幅降低了成本,還顯著提高了開發速度和可靠性。
    首先,SpaceX採用的是快速原型和迭代測試的方法,而非傳統的長期規劃和詳盡模擬。這種方法允許公司在開發過程中迅速發現和解決問題,減少了因前期過度設計而導致的高昂成本。透過不斷的測試和改進,SpaceX能夠在較短的時間內最佳化設計,確保每個版本的火箭都比前一個版本更加可靠和高效。
    其次,SpaceX在材料選擇上也極為精打細算。與傳統火箭常用的複合材料和鋁合金不同,SpaceX選擇了成本更低的不鏽鋼材料。這種材料不僅價格便宜,而且耐高溫、耐腐蝕,非常適合用於火箭的製造。此外,SpaceX還透過自動化生產線和模組化設計,進一步降低了製造成本和時間。
    再次,SpaceX充分利用了人工智慧和資料分析技術,優化了火箭的設計和製造過程。透過機器學習演算法,SpaceX能夠快速生成多種設計方案,並選擇最優解,大大縮短了設計週期。同時,人工智慧還能幫助公司在測試過程中及時發現問題,避免了不必要的浪費。
對比專案 SpaceX NASA
可回收火箭發射次數 截至2023年12月22日,SpaceX已成功完成254次火箭回收,包括53次陸地和201次海上回收。 NASA主要依賴一次性使用的火箭,但也有參與或支援一些可重複使用技術的研究和發展,如Space Shuttle(太空梭)計劃,但太空梭已於2011年退役。
火箭回收技術 SpaceX自2015年開始回收火箭,成功回收並多次複用火箭,最高記錄為一枚火箭被使用了21次。 NASA的Space Shuttle(太空梭)是歷史上最著名的可重複使用航天器之一,每架太空梭可以執行多次任務,但每次任務之間需要較長的準備時間。
發射衛星累計最大數量 截至2023年9月26日,SpaceX已累計發射5178顆衛星,主要是“星鏈”衛星,用於構建全球網際網路覆蓋網路。 NASA自身並不專注於大規模商業衛星發射,而是更多地參與科學探測衛星、地球觀測衛星等特定任務的發射。具體數字難以統計,但NASA合作的機構和合作夥伴可能已經發射了數千顆衛星。
    最後,SpaceX採取了靈活的風險管理策略,適度容忍失敗。在傳統的航天專案中,任何一次失敗都可能導致巨大的財務損失,因此設計和測試過程非常保守。而SpaceX則透過快速迭代,將每次失敗視為寶貴的學習機會,逐步改進設計,最終實現了高效、低成本的火箭開發。
    SpaceX的Starship專案展示了一種與傳統截然不同的火箭設計和製造方法。透過快速迭代和測試,SpaceX不僅加速了技術的發展,也大幅降低了成本。這種方法雖然帶來了更高的失敗率,但也提供了寶貴的資料和經驗,為未來的成功奠定了基礎。隨著Starship專案的不斷推進,我們有理由相信,這種“摳門”的迭代方法將為人類太空探索帶來革命性的變化。
轉自文斌文質斌斌 作者 我是筱竹
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