马斯克:太空革命简要读书笔记

引言
本书是美国记者Eric Berger所写的长篇通讯《Liftoff:Elon Musk and the Desperate Early Days That Launched SpaceX》的中译本。这本书讲述了SpaceX从2002年3月创立到2008年9月28日首枚猎鹰1号火箭成功发射的经历。

本书主要内容

本书的内容大约分为如下几部分:
1.火箭发射解决的工业技术问题;
2.SpaceX的经营方式、独特的企业文化;
3.它如何作为一个新闯入者,与行内的成熟企业竞争;
4.它如何获得空军、NASA的支持,得到发射场地、发射许可以及部分投资和投标资格;
5.在2000年到2008年期间,它的二十几位主要工程师的个人经历、工作成绩;
6.Elon Musk先生极强的工作能力和对SpaceX公司成功所起到的决定性作用。
7.SpaceX是如何向除军方、NASA以外的购买方推销自身卫星发射服务。
由于我社会经验匮乏:没有制造业企业从业经验,且没有做过销售工作,所以我对上述的3、4、7都看不太懂。对于6,因为Elon Musk先生现在醉心于政治和社交媒体,且这本书主要采访了他的雇员,我对这本书中对于Elon Musk先生的褒扬有所保留。这里就不记录了。上半部分将记录第一点,下半部分简要记录一下第五点和第二点。

工程技术问题

正如序言中所说,SpaceX所采取的开发模式与以往的“万无一失”模式不同,采取的是容忍失败、快速迭代,将发射作为实验,来发现暴露火箭研发制造中面临的问题,并加以解决。

在发射中发现和解决的工程问题

仅以前3次失败而言,其发现和解决了如下工程技术问题:

序号发射日期发现问题失败原因后续措施备注
12006年3月24日点火6秒发生燃料泄漏燃油泵入口管路压力传感器上的铝制B型螺母发生晶间腐蚀1.铝制不如不锈钢制;2.火箭暴露在发射场地,受海盐腐蚀1.建立完善的记录机制;2.明确对关键部位进行遮盖
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22007年3月20日二级火箭发生旋转二级贮料箱中发生固液耦合设计加工阻尼挡板—
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32008年8月3日一二级火箭分离后,一级火箭忽然加速撞坏二级火箭一二级火箭分离之后,部分留在再生冷却系统中的煤油燃料和燃烧室中的少量氧气,燃烧形成了推力一级火箭发动机关闭之后停留4秒,使一级火箭中燃料全部耗尽再分离—

在设计制造和研发阶段所解决的工程技术问题

除了这些最终表现出来,影响到火箭发射成败的工业技术问题外,在火箭发动机(梅林发动机、红隼发动机),箭体结构、动力系统和电气系统研发制造,在推进剂加注测试、静态点火测试等阶段,技术团队同样发现、解决了大量的工程技术问题。下面仅列举我所记下来的部分:

产品设计

SpaceX的火箭制造要求可回收再利用、成本尽可能低,这对很多技术路线的选择都产生了决定性影响。

液体还是固体

为了可回收再利用,并且使一级火箭有尽可能大的推力,所有燃料只能是液体,而且必须是尽可能便宜的煤油+液氧的组合。
这为设计和实施带来了很多问题。比如说在室外环境下,液氧会不断泄漏。所以在早期测试中,SpaceX公司甚至购买了1台移动式液氧制造车为贮料箱供氧化剂。

点火方式

点火方式可以使用电火花等多种,但最终还是选择了虽然耗材价格较高、但是加工难度低、设备复杂度低的TEA-TEB。

用烧蚀材料还是用再生冷却系统

为了能够保护好一级火箭发动机这一要循环利用最重要的部件。有两条不同的技术路线,首先是用烧蚀材料保护燃烧室。这样做看似较为廉价,但是增加无效载荷、后期加工修复难度;第二条是用再生冷却系统,这条路设计加工难度都非常大,但是一旦设计制造成功,就能像一台“冰箱”一样反复使用。

不断改进迭代部件

为了尽可能加大推力,类似燃油汽车使用的涡轮增压技术,一级火箭发动机(即梅林发动机)采用了涡轮泵。技术的原理我不是很清楚,但推想家用汽车的涡轮增压也较自吸难,而且这个涡轮泵的设计也是SpaceX先从另一家公司中购买的重150磅,输出功率约为3000马力的原型。然后通过自己的不断研发,已经将其提高到重150磅,输出功率约为1.2万马力的新型号了。
除了涡轮泵,为了能够生产更好的火箭发动机及其他关键零部件,SpaceX公司是从点点滴滴开始挖掘潜力的。即使像针栓式喷注器这样已经成熟的零件,SpaceX也在不断迭代设计,希望能够生产更好的零部件。

制造过程遇到的问题

对于产品,SpaceX非常注重迭代升级。但是环境上,SpaceX又非常随性了。如本书中一位工程师所说的,其他的航天发射企业好比一支古典乐团,他们则是一支摇滚乐队。

用尽可能凑合的方法营造环境

比如说在2000年到2009年,工程师、技术员和工人在厂房里往往穿着拖鞋短裤到处奔走干活,很多早期员工都回忆说,进了办公场地就是一个大厂房。在工厂里,通过无限量提供可口可乐、播放摇滚乐曲提供伴奏来给工作人员提神。以往给人感觉非常高规格的发射控制中心,他们是用一辆拖车上面安装施工板房的办法来凑合的。他们当时使用的夸贾林发射基地,更是条件异常艰苦。

用最简单的方法解决临时性问题

比如说为了火箭在停放厂房内完成调整和组装之后,要被移动到距离发射点约150码远的混凝土斜坡上。一般的解决方法是租用专业大型拖车、甚至是铺设重型火车铁轨,但是实际的解决办法是做了一个巨大的拖车,然后用一块大胶合板做垫板,一段一段地移过去。

用亲历亲为的办法解决突发问题

本书中最大的一次危机,是第四次发射前,箭体用C17大型运输机从美国本土运输到夸贾林发射场地的过程中,由于对高空压力骤降的估计不足,导致箭体由于内压大、外压低,几乎胀坏。是一名工程师冒着生命危险,进入货舱,排放掉内部液体,使内外压基本平衡。接着等箭体运送到发射场之后,由工程师组织了近48小时不眠不休的抢修,把它修复到了能正常发射的状态。
除此之外,诸如火箭用的防护罩被吹走、在发布会之后凌晨1点要把箭体运走这些事情,SpaceX都是组织人立即动手做的。真是反应迅速。

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