太空旅行票价降至五千万美元，航天发射也适用“摩尔定律”意味着什么？

Gordon Moore曾提出“摩尔定律”：集成电路上的晶体管数目，大约每18个月增加一倍。这使IT产品在提高性能的同时，大大降低了成本，从昔日的高端科技，发展为当今几乎人人必备的消费电子产品。

航天业在2010年代，每次火箭发射价格达1亿-3亿美元，随着航天飞机退役，航天发射价格越涨越高。但就在前几年，可复用火箭的科技突破，使航天业峰回路转，Robert Zubrin博士2019年出版的《The case for space》提出：太空发射成本正在以类似“摩尔定律”的趋势不断降低，将会给卫星制造业、通讯业、交通运输业、能源行业、天文观测等，带来持续的、跳跃性的增长动力和空前繁荣。

而推动航天业突然加速的，不得不提到Elon Musk。在其“猎鹰9”于2015年12月22日，首次实现一级成功返回后，至今尚不足6年，已多次刷新了公众认知：之前每年都有新进展，现在每半年就有新的重大成就，开启了航天业的“摩尔定律”模式。

2021年9月15日晚8时02分，SpaceX“猎鹰9”成功发射“Inspiration 4”飞船，运载4名非职业宇航员进行为期3天的绕地飞行，并于美国东部时间9月18日晚7时06分，成功落在肯尼迪航天中心以东约48公里处的大西洋上。这是人类首次完全私人出资、非职业航天员完成的商业化太空飞行，“乘客”支付了不到2亿美元，人均约五千万美元。

Elon Musk是怎样降成本呢？以飞船的星载计算机和控制器为例。航天器的所有零部件都要经历极端苛刻的太空环境：发射时的高G值加速度、剧烈冲击和抖动、环绕地球轨道飞行时每圈270℃温差，而最危险的是高能太空射线粒子流的轰击，很可能造成电子元器件的“粒子翻转”，即“二进制”代码0和1的紊乱。

1996年，“欧空局”的“阿里安5”火箭，由于64位程序与16位地址转换错误，造成1/0错乱，在升空37秒后侧翻爆炸，损失高达5亿美元。

现有载人飞船使用的特制航天级控制器，单价近80万美元，14个控制系统，采用1 1备份制，共28个控制器，总成本约2200万美元。

Elon Musk的思路很独特：用商用芯片、增加冗余度、允许CPU出故障，譬如3个CPU，其中1个运算结果与其它不同，就采取“芯片民主决策”少数服从多数，术语为“Parity Bit（奇偶校验）”。

据SpaceX前火箭总师John Muratore介绍：“龙飞船”18个子系统，每个系统采用3块商用级Intel X86系芯片，共54块CPU，总价3600美元。“猎鹰九号”共9个分立式发动机，每个发动机使用3块X86芯片，加上主控系统3块，共30块CPU，其主控芯片总价约2000美元。主控部分成本降低了两三个数量级！

使用商用级Intel X86系芯片后，就可使用免费开源的Linux操作系统，还有LabView和Matlab；软件工程使用C 、Python。这类程序员数量众多，选择余地大，SpaceX可以用较为实惠的薪资，在成千上万IT天才里挑挑拣拣，选择能力与敬业精神双优者，在总体人力成本可控前提下，避免发生被少数人耍脾气、闹个性、卡脖子要挟企业的难题。

Elon Musk坚持降价不降品质，他要求团队保持随时随地可被抽查与检验的状态，收到反馈能马上改进，不必等到开发周期后期才按部就班地寻找和修复缺陷。甚至采取严酷的“断弦式”测试，在测试运行中突然关闭其中一台电脑，来检验紧急备用系统是否真的有效。

政府机构习惯于不计成本，譬如载人飞船舱门的闩锁结构，NASA的工程师计划重新设计全新的舱口结构，但SpaceX研发团队质疑“有这个必要吗”，他们最终选用了市场上现成的卫生间隔断闩锁部件，来制作舱门把手，一组部件就能节省1470美元。他们还使用赛车安全带，替代了NASA专门定制的超高价绑带，作为宇航员座椅保险带。

NASA官员Mike Horkachuck说“SpaceX工程师会讨论成本问题……而在NASA，我几乎从来没有听到过哪个工程师会关心零件成本”。

Elon Musk之所以能这样做的前提是：无论是航天科技、材料学、化学，还是财务报表、成本精算、采购方案，他都能看得懂，并能亲自进行融资谈判。他不是最优秀的工程师，但其涉猎广泛的专业知识，使其无需大群“智囊、专家、顾问”长时间开会、作报告，就能看懂自己公司的大部分重要资料。Elon Musk选择的高管，也是这类智商很高、一专多能者，仅凭这点，每年仅年薪就能节省上亿美元。

在方方面面、点点滴滴的不懈努力下，SpaceX的发射成本，在2018年初报价为：6120万美元/次发射，其LEO（近地轨道）货运成本4653美元/kg。而其竞争对手的价格为2.5亿-4亿美元/次发射，联合发射联盟（ULA）的LEO货运成本为1.4万-3.9万美元/kg。俄航天向国际空间站输送1位宇航员，要向NASA收费8600万美元，而SpaceX的“龙飞船2-Inspiration 4”，人均运载成本已降到5000万美元。

2019年8月，SpaceX推出“拼车”发射价：100万美元/200kg；而“单箭全包”价已降到2200美元/kg，为全球最低。当然，这离Musk最终目标（LEO货运成本1000美元/kg）还有相当距离。

靠着成本优势，SpaceX在几年时间里，拿到了美国航天发射超过60%的订单，巨额订单量，将进一步降低其发射成本。而这又会鼓励各行各业利用以前想都不敢想的航天科技，实现自身产业的跨越式发展。这种由航天产业“摩尔定律”推动的多产业良性互动、滚动式利好，或将推动人类加快迈向“Ⅰ类文明”的步伐。

（作者体系历史、军事学者）

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美逸君