美国太空探索技术公司SpaceX旗下的龙飞船,载着两名宇航员成功上天。SpaceX成了全球首家实现载人航天的民间商业公司。这次更令人惊讶的是,SpaceX不同于传统航天设计的思路,成功地大幅降低了载人航天的成本。那么,SpaceX如何在超高投入的航天领域进行成本控制的?在成本控制的背后,SpaceX的哪些做法可以为创新型公司带来更多可借鉴的价值?

一,传统发射火箭的成本,

根据NASA公布的美国波音、俄罗斯和美国SpaceX的单人发射费用对比,波音为9000万美元,俄罗斯为8600万美金,SpaceX的龙飞船仅为5500万美元。

SpaceX之所以能大幅度降低成本,SpaceX载人航天采用的是可重复使用的运载火箭和龙飞船,除了降低了发射成本。SpaceX的运载火箭和龙飞船没有采用传统价格高昂的宇航级元器件,而是采用了价格相对低廉的工业级元器件。更令人震惊的是,在软件上也采用了开源软件方案。

众所周知,在航天圈里,宇航级器件是很昂贵的,一个二极管只要上天验证成功,标上航天级或宇航级,就比工业级别的期间贵百倍甚至上万倍。以现有载人飞船搭载的星载计算机和控制器举例,单个控制器价格为500万人民币左右,一共14个系统,为了追求高可靠性,每个系统1+1备份,一共28个控制器,成本总计约1.4亿人民币!而SpaceX的龙飞船主控系统的芯片组,仅用了2.6万人民币,成本相差5384倍!

航天级的器件之所以贵,是因为宇宙的飞行条件非常的恶劣,并且航天飞行对精度要求非常高。

航天飞船面对太阳面的时候,温度迅速提升,最高到120°C背离太阳面的时候,温度骤减,最低到-150°C就这样90分钟一圈又一圈,周而复始,每圈都是270°C的温差

而对于电子器件来说,温度不是最大麻烦,最麻烦的是太空中的辐射:地球磁场,太阳高能粒子,飞行器每穿越高能粒子层运行一圈就会发生50次的反转,非常频繁,这个现象就叫“粒子翻转”。因此,要想让计算机,尤其是CPU具备对高能粒子的抵抗能力,就要在表面加一层材料,业内管这种器件叫加固器件。据资深航天专家说“单就加固器件本身的成本来说并不是特别贵,贵的主要是测试,加上上天的器件是非常少的,由此支撑设备的研制、维护、升级、员工的费用就不可能便宜。”因为,在比特界,差一位就可差之千里。举个栗子:

所以如果发生了1和0不分的情况,整个飞行器的运算结果曾导致非常大的灾难。在1996年,阿里安501火箭,系统试图将一个64位的数字,放到一个16位的地址里面去,随即发生了1/0错乱的现象。结果在点火37秒后,火箭开始侧翻,随之爆炸,

二,SpaceX的成本管理和思维创新,

SpaceX相关知识点:1、 SpaceX 猎鹰九号和龙飞船用的都是Intel双核的x86处理器;2、 操作系统用的是Linux,还有LabView和Matlab3、 软件工程用的是C++,有些时候也用Python4、 整个主控程序只有几十万行代码。

SpaceX公司马斯克能研发费用控制在只有NASA或者美国空军的10%,美国科罗拉多大学物理系研究员万维钢在《第一性原理》中总结了马斯克在SpaceX上使用的六大方式:

“第一,尽量不外包,80%的零部件都由自己生产。既然航天工业还没有市场化,那自己生产就比外包便宜。比如说外包定制一个发动机的气门,报价是25万美元,时间要一年;SpaceX 自己做只要几个月,成本只要几分之一。

“第二,采购的方式更加灵活。SpaceX 甚至会到 eBay (相当于中国淘宝)去买材料,到废品厂去买二手零部件。SpaceX没有选择昂贵的宇航级器件,而是选择了经典厂牌Intel的X86双核处理器,京东售价仅478元人民币(参考价为奔腾系列,赛扬更便宜):

为了更加精准的校验错误,SpaceX也没有用双核做一件事,而是把双核拆成了两个单核,分别计算同样的数据每个系统配置3块芯片做冗余,也就是6个核做计算。

如果其中1个核的数据和其他5个核不同,那么主控系统会告诉这个核重新启动,再把其他5个核的数据拷贝给重启的核从而达到数据一直同步。

“第三,可能也是关键的一点,是要和大市场对接,从而有效降低了NASA定制商品的价格。比如宇航员系的安全带,NASA定制价格都非常贵 —— SpaceX 直接采购最高级的赛车上的安全带,不但使用更舒适,而且比 NASA 定制便宜得多。再比如电脑,NASA 火箭上用的电脑,一台报价要 100 万美元 —— SpaceX 直接用街头 ATM 机上的电脑,一台只要 5000美元。

“第四个办法是回收,尽量重复使用火箭。因为重复利用导致成本降低,一个公司占全球发射数量约20%,所以,可以进行大量的实验,而SpaceX的工程师和分析师,手里有大量的测试数据和实际数据,用不同的维度,去检验飞行器的安全性,形成最新的也最实用的测试程序,从而降低实测成本。

“第五是以市场化人才取代专门的航天人才。比如:上文说过的,采购的是Intel X86处理器,Intel X86的程序员一抓一大把啊,专业宇航级器件的程序用的基本都是特定语言,程序员比元器件还难找。另外 ,硬件工程师压力也小,X86芯片随便造,烧坏了?再来1个。不不,再买一打!可是宇航级器件仅仅是测试费,就都够再买一车X86芯片的。

Space系统也是开源Linux写的操作系统,用C++编程语言,用开源的GCC或者GDB做火箭的主控程序。SpaceX还用LabView,一款图形化编辑语言,对于火箭程序来讲,它更容易实现可视化和流程化,更容易做复杂的算法设计和数据分析。SpaceX也用Matlab,在仿真和矩阵计算上,真的很好用。而且,龙飞船,猎鹰九号,猎鹰重型,分享着同一款代码,有一颗航天梦的小伙伴,c++才是最好的语言,C++ Primer Plus(第6版 中文版)京东售价仅89元,两杯咖啡的价格,就可以圆航天梦,

“第六是被称为‘奥卡姆剃刀’的流程再造,即尽量将不同的产品协同量产,尽量简化制造流程。”比如:Continuous Integration,持续集成也被应用在了程序测试上。

相关文章