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後太空梭時代的開始

以小搏大的發跡之旅

SpaceX的老闆馬斯克今年41 歲,擁有數億美金財產,兩架噴射機,個性健談及肯自我批評,有著令人喜歡的個性。他出生於南非,而常以帶有英國腔調且自諷的口氣說:「當別人問我為何會創立一個火箭公司時。我的回答是:『我是嘗試如何將大財富變成小財富。』」1995年他創立一家Zip2媒體服務軟體公司,1999年賣出。隨後他與人共創了今天世界上領銜的電子付款服務公司PayPal,而在2002 年被網路拍賣購物公司eBay併購。身為兩大財團的大股東,其身價約估在三、四億美元。

馬斯克在2002年被一個可行性研究評估報告說服後,成立了SpaceX。其結論是:「火箭並不必然是昂貴的,問題是先前其他公司的製造及營運,用的是極其沒效率的系統。」他發現主要的問題是官僚作風使那些公司持續使用過時的硬體零件。他曾經表示說:「太空梭到目前還在使用雙軸捲繞磁帶且容量小的錄音機,而且他們可是要上eBay才找得到替代零件」。他也發現大公司的火箭工作團隊可以是上千人之眾,正如波音Delta IV發射載具的工作人數。而根據他經營網路公司的經驗則是,小團隊可以更快速地執行完成工作。

基於對這項商機的信心,以及他對太空探索的憧憬,馬斯克立刻從知名航太公司招攬年輕優秀人才,開始發展新型的火箭。成立之初所有員工都很擔心,認為那是不可能的任務,不過現在夢想都一一地實現了。從一開始,SpaceX 就固守其寶典——系統簡化,他們只問:「我們需要什麼推力,而我們會有什麼酬載。」馬斯克也曾說:「那是我們的經典守則,因為它確保我們產品的可靠與低價。」獵鷹一號的工程師們一開始就專注於一顆高效率的引擎,而在過去40年中,全美國只發展了兩顆新引擎。

成功的關鍵—引擎設計

獵鷹一號的主要系統規格為特殊鋁合金燃料箱、第一節引擎Merlin及上節火箭引擎Kestrel。這兩顆引擎都是在系統簡化守則下的產品。他們認為每節只用一顆引擎,且總共就兩節,這是能將有用的酬載送入軌道的設計中,最簡單的一種構型。在此,閃閃發光的Merlin 引擎在無塵室中組裝完成。

這是火箭專家們稱為軸心引擎的一例,它以單軸心高壓注入(Pintle Injector)的方式來混合火箭規格的煤油和液氧。這比其他引擎用多孔注入的設計簡單許多。要調好Merlin 引擎的設計與操作不是一件簡單的事,測試中的引擎有時會有經歷「不預期快速解體(Rapid Unscheduled Disassembly ,RUD)」的可能。但在經過一系列嚴謹的測試後,他們終於信服Merlin 是一具可以釋出5萬2245公斤推力的可靠引擎。而且也有可以隨時聽命關機指令的優良特性,這將可讓發射的操作人員把獵鷹火箭固定抓住在發射架上,先發動點燃引擎,直到確定所有系統都運作正常再行鬆綁發射。否則的話,可以立刻關閉引擎。太空梭的兩顆固體燃料助推火箭,一旦點燃,就不能被關掉。

Merlin引擎是SpaceX成功的關鍵所在。在Falcon1建立了成功的優良記錄之後,SpaceX使用9顆Merlin引擎的叢集來推舉Falcon9的第一節。Falcon9依此簡化的設計架構,比其他公司的發射載具便宜了許多。他們的作法,是讓所有的第一節火箭使用同一種引擎,就好像航空公司決定只要用波音737飛機一樣,這簡化了所有的事務。

革命性的突破—整體規劃

但這還不是獵鷹號比其他火箭有效率的全部原因。例如,獵鷹號火箭80%的零組件,是可經由降落傘落海回收及重整後,再重複使用的,當油箱用完之後,就像空啤酒罐一般,漂浮是沒問題的。獵鷹號火箭的構型甚至設計可以完全回收使用——是首架可完全重複使用的運載入軌火箭。他們希望至少能重複使用這些零組件於超過100次的飛行上,這是降低經營成本的重要因素之一。

為了這火箭整體的規劃, SpaceX的設計同仁們嘗試開發了許多「滴血」尖端的科技,例如電腦控制零件加工、輕且堅韌的碳纖材料、GPS協助的導控系統等。Falcon9的航電組件經由網路界面,來互通系統間的資訊,這與一般小辦公室間的網路系統一樣。而且,推進器的油箱是以摩擦攪拌焊接法製成,以高壓和摩擦力將材料接合,而不是用老式非同質脆弱的焊條。此新穎的技術使得火箭的結構能夠既輕又強,提昇了火箭載具整體的性能。

SpaceX的火箭製程中最具革命性的是,所有火箭將在霍桑市或其他城市的廠房製作完成,然後以卡車運送到發射場發射。其他的火箭經常是在發射架上,費時費工地完成組裝,就如OSC公司的發射載具作業程序,因為大量使用固體燃料火箭,必須在發射場作最後的組裝。SpaceX的操作模式是把這些火箭當飛機來處理。Falcon系列發射載具同時也允諾了多重適應性,SpaceX已經安排好機制使火箭能從不同的基地發射,包括加州范登堡、阿拉斯加科迪亞克島、佛羅里達州卡納維拉爾角、維吉尼亞州瓦勒普斯島與馬紹爾群島。這意味著實質上可以將衛星酬載送入任何的軌道。

SpaceX就是以上述很有創意的作法及新穎的管理模式,才能以民間公司相對的低成本,在短短10年內,完成Falcon1的發射驗證以及Falcon9的運送天龍號往返國際太空站。在天龍號成功的展示飛行之後,SpaceX將會獲得NASA16億美元的新合約,提供12次的送貨服務到國際太空站,為SpaceX注入資源,繼續開發創新的太空科技,逐漸實現馬斯克及其領導團隊的太空夢。但他們的競爭者還是緊追在後,2012年約8、9月間OSC也將展示發射他們的太空送貨艙Cygnus,首次與國際太空站銜接,如果也成功,OSC將可自NASA獲得19億美元類似的送貨合約。這是NASA及其他美國政府機構通常的作法,目的在於使得競爭者,能持續自我提昇創意,維持活力與戰鬥力。

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