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坚志而勇为,谓之刚---Falcon重型首飞有感(1)

洞穴之外 理念世界的影子 2021-06-23

2018年2月7日,Falcon重型(以下简称FH)首飞成功。



1. 会当凌绝顶,一览众山小

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子曰:学而时习之,不亦说乎?有朋自远方来,不亦乐乎?人不知而不愠,不亦君子乎?


如果我的成果被同时代所有人熟悉或效仿,真是开心。如果做不到这个程度,但有欣赏此成果的朋友来看我,一样很开心。如果大家都不待见这个成果,我也不恼怒,并持之以恒,也不失一个伟大的人呀。


在Falcon1接连失败时,面对公众的质疑始终坚持,是为人不知而不愠;Falcon9回收成功,有质疑的声音,但赞赏的声音已经越来越多,是为有朋自远方来;北京时间2018年2月7日凌晨,FH首飞成功,是为学而时习之,Musk此刻应是不亦乐乎吧。


特朗普曾经指出:如果道指在一天之内下跌超过1000点,在任总统就应该被装进大炮,并以极高速度发射到太阳上。2018年2月5日,道指下跌1175点,创史诗级记录。2天后,能发射到太阳的巨炮即以造好,再创史诗级记录。特朗普如此祝贺:祝贺Musk和SpaceX成功发射FH,这一成就连同NASA的贸易和国际合作伙伴一起继续展现美国的精湛工艺。


一个人,成为一个国家的代表,可能是其作为国民的最高荣誉。


今天,所有人急切地关注着、评价着Musk的成就,运载能力、运载效率、助推返回、发动机推重比、火箭价格等指标令人咋舌,一言以蔽之,niubility。今天,Musk定义了全人类的高度。


如果说,技术人员的关注点在于出色的技术指标,想收获全民的关注,靠的就不能仅仅是技术指标了。它一方面满足了人类对力量的天然敬畏,世人对更高、更快、更强的追求。当今世界最大运载火箭,人类敬服在此伟力面前;同时它也满足了人类对八卦的忠贞热爱,红色的特斯拉跑车飞向太空,阵仗远超明星大婚,不由得人并艳羡,成为茶余饭后的谈资。


更为重要的是,Musk为人类编织了一个新的“故事”,一种人定胜天的信念。有限责任公司、现代金融体系等的建立,使得个人可以撬动巨量资源,也成就了一批浪潮之巅的个人和公司,如比尔盖茨、拉里佩奇、扎克伯格、乔布斯等,但他们的产品均有相同的特点,即批产容易、产量巨大、受众极广。而运载火箭,则是属于截然不同的领域,产品质量控制极为困难,受众也极其狭小,仅能小量生产,从来也没有展现过成为浪潮之巅的潜质。在今天,Musk为人类编织了新的“故事”:航天高科技领域也可以被个人进入甚至超越,传统制造业领域也可以被个人撬动甚至登巅,让后来者有了前进和努力的方向。在今天,最为开心的恐怕是商业航天的融资部门,因为成功的故事就在眼前,Musk已经为我们编好。当塞勒斯·韦斯特·菲尔德历经十年时间,失败4次,千辛万苦最终铺就人类历史上第一次越洋电缆后,第二条电缆的铺设就显得那么轻而易举了。正是这些人类群星闪耀时,造就了历史前进的动力。

2. 坚志而勇为,谓之刚

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子曰:不知命,无以为君子也;不知礼,无以立也;不知言,无以知人也。


不懂得老天的道理,做不了伟大的人;不知道行为准则,就不能立身处世;不善于分辨一个人,怎么能谈上对人性的理解?


Musk为什么成功?他成功在什么地方?


老天的道理是什么?个人更喜欢将其在技术上的成功归结为两个因素:Merlin发动机,以及3.66m的箭体直径


Merlin发动机支撑了Falcon十年路程,今天Falcon在使用上的创新要素几乎均由Merlin发动机定义。如提高可靠性的故障检测和动力冗余,在Falcon1和Falcon9的前面几发,几乎没有一发发动机没有出问题,但通过故障检测,要么是终止发射,要么是关机后调整控制率准确入轨,跌跌绊绊地将SpaceX带到成功,带到辉煌。同时发展到今天,Merlin发动机的可靠性已毋庸置疑;Merlin发动机的多次启动和推力调节能力,是其一级返回的决定性因素,在合适的时间调到合适的推力,最终使得高度、速度和角度三过零;今天的发射,仍是由Merlin发动机定义,发动机生产便利,价格便宜,而且还可回收,大家诟病发动机多难道仅仅是固有可靠性低?除了Merlin发动机换另外一种发动机试试?可能最先面临的问题是换不起。


一招鲜吃遍天,在今天这个时代里,决定高度的已经不再是短板有多短,而是长板有多长。燃气发生器循环怎么了?系统简单、可以快速迭代,还便宜;性能有浪费怎么了?用大面积比和推重比换呗,失之东隅,收之桑榆;推力不够大怎么了?用多台发动机,用最先进的计算机和算法进行动力冗余提高可靠性。在新的时代、新的手段下,一些旧有的观点也许需要重新审视了


还有就是3.66m的箭体直径,也就是英制的12英尺。直径大点能力肯定高,美国宇宙神1、2、3直径一直都是3.05m(10英尺),到了宇宙神5换成了3.81m(12.5英尺)。假设运载能力和起飞重量成正比,在长细比相同时起飞重量又和直径的三次方成正比,直径从3.66m降到3.05m,运载能力直接就差去了1.7倍,最多只有13吨,而不是现在说的22.8吨了。


行为准则在哪?一个字,干。怎么干?SpaceX公司定义了一个词,点火中验证


火箭的特点为静若处子、动若脱兔。当火箭安静地躺在厂房时,那么温柔,轻动脚步就可以抚摸它的全身;当它树立到塔架时,已略显不逊之势,必须仰视方可一窥全貌;与推进剂结合后,就再也按捺不住狂野气息,也曾一时爆裂让涅杰林元帅等100多人陪葬;而点火之后,其狂躁之气顷刻释放,什么也无法阻挡。这也是为什么卫星易研制、火箭难研制的最大原因。


这也导致火箭研制中最重要的词:测试覆盖性。地面怎么覆盖天上?怎么由静反映出动的状态?怎么在未点火时验证点火下的状态?这是火箭人难以绕过的困境,是终身与之拼搏的拦路虎。为此发展出了很多方法,如发动机抽检试车、校验试车、各种振动试验、噪声试验、热环境试验、电磁兼容试验等等,当然还有它们各种各样的组合,总之是花样百出,层出不穷,没有条件创造条件也要试验,耗资巨大,效果大大的、但谈不上杠杠的。


SpaceX有钱吗?看和谁比,比我们每个人都有钱,但比起波音洛马,屌丝的很,做这些试验铁定要它的命,所以只能采用革命性的方式:点火中验证。又一次得益于Merlin发动机,Falcon用两种方式做到了点火中验证。


方式一:地面静态点火。与发动机单机批抽检试车的旁证,以及发动机单机的校验试车,地面静态点火考核系统更多,考核更为充分,而且耗资不大,因为发射台是现成的,火箭是现成的,都不需要额外配套。地面静态点火需要什么条件呢?一是设计上,启动、关机不能是一次性的,否则就只能做批抽检试车;其次是推进剂需无毒、无污染、不结焦,否则后续无法处理;三是发动机故障检测系统必须足够强大,因为与发射台爆炸相比,也许还不如炸在天上。得益于Merlin发动机,它完全具备这三个条件。


方式二:真实飞行中验证。静态点火时毕竟卡在试车台,姿控、制导系统考核不到,振动也无法传递到机架上方,还是不够完美。除非直接在飞行中验证,今天首飞的FH就是个最大的飞行中验证试验。那么飞行中验证试验需要什么条件呢?以下三种方式都可以。一是飞行搭载试验,如验证新的惯性器件,可通过搭载取得遥测数据并改进,最终取代原惯性器件;第二种是作为扩展任务,即主任务完成后的再进行进一步试验,譬如Falcon9的反推返回,就是在主任务完成后开展,前几次均取得了失败,但这样的失败是可以承受的,以此换来宝贵的试验数据。试想,如果不是扩展任务而是正式任务,失败4次,换哪家公司早都干不下去了。有幸的是,Merlin发动机为此种方式提供了良好支撑;第三种方式,也即本次FH首次定义的方式:去库存飞行验证。家里返回的子级太多,仓库都放不下了,拿出两个放放,打打广告,成功了很棒,失败了损失不大,下次还试得起,也只有在这种状态下,几个钢镚的SpaceX也敢和财大气粗的ULA一争高低。


Musk又是什么样的人呢?有人说是偏执狂。我认为偏执狂仅代表了个人这个封闭体系的行为,增加与外界的互动后,不如重新用三个字诠释:独裁者。乔布斯是、musk也是独裁者,而且是有品位、有追求、有故事的独裁者,三者缺一不可。


有品位。人说乔布斯每年让大家报上很多方向,他挑选其中的3~5个,其他的全部裁掉,所有资源投入到这3~5个干出来。挑选3~5个并挑对,就是品位,因为选项太少,如果不成,会让公司死掉。但如果不加挑选,有什么干什么,一通乱干,其实更会让公司死掉,慢慢地死掉、无人关注地死掉


有追求。Musk靠着Falcon9已经可以活很久很久了,并活的很好很好了。但如果仅仅这样,他永远成为不了硅谷钢铁侠,以至达到"学而时习之"的境地。坚志而勇为,谓之刚。


有故事。独裁有两种,一种是语言独裁,一种是精神独裁。语言独裁就是我说话你听着,大家看起来都在听着,但干起来时阳奉阴违。还有一种是精神独裁,就是大家都相信,你说的是对的,愿意围着你干。这是靠“故事”支撑的,成功的故事。乔布斯一直是独裁者,但也曾被扫地出门,只有他以成功赢得所有人的信任时,他才能成为精神领袖。而musk在paypal等的一系列成功,也许是支撑大家和他走下去的最大原因。


有品位、有追求、有故事的独裁者,好难好难。

3. 莫听穿林打叶声,何妨吟啸且徐行

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子曰:岁寒,然后知松柏之后凋也。


这种情况下,才知道谁是真的英雄。


我们离musk有多远?两者只能是一条平行线,可与之平行,而绝无可能与之重合。天时地利条件均相差较远,更应走好自己的有中国特色的航天发展道路。


对于体制内人士来说,我们与musk的距离其实不是技术,而是干,有新意地干。也许我们可以好好坐下来,思考一下我们的“一招鲜”是什么,我们真的是什么都想要最后什么都得不到吗?我们又该如何规划并取得共识。君子有三患:未之闻,患弗得闻也;既闻之,患弗得学也;既学之,患弗能行也。体制内有最好的人力和物力资源,人的秉性是希望上进的,充分发挥这种追求,闻了,学了,行了,行的时候掣肘再少点,有什么不能成?就怕只闻不学、只学不行,那就只能既得之而又失之了。


对于商业航天人士来说,我们与musk距离的不仅仅是技术,还有资源、领袖、运气。也许我们才刚刚上路,要思考一下我们的“一招鲜”是什么。Falcon1的三次失败,都是小原因,火箭的质量控制其实多么难。个人一直猜测NASA看到SpaceX有前途值得培养,助其开展质量控制,才有SpaceX今天。我国没有美国冷战时积累下来的强大的航天配套体系,要说风险控制也没NASA经验丰富。靠商业航天有限的资源,完成复杂甚至枯燥的质量控制想来极不容易。必须引入新工艺、新技术,甚至新设计。也许,新西兰电子火箭公司的electron火箭是一个比较合适的范式吧。


干吧!“懦夫从不启程,弱者死于路中,只剩我们前行,一步都不能停。”


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