商业航天之NASA对美国商业航天发射公司们的培养剂

　　原作者 传说中的葱酱
　　NASA空间站补给
　　大部分读者可能都看过SpaceX的CRS任务直播，CRS= Commercial Resupply Service，也就是＂商业补给服务＂。但你们也许不知道的是，NASA的空间站补给任务事实上是纯商业载荷、CRS任务是不接受NASA_LSP（NASA发射服务计划）的管理的。他们的发射由＂商业补给服务＂CRS团队管理、监控，且不需要获得LSP认证。
　　市场特性 ：
　　发射商极少，近乎不是一个公开的市场，因为发射商不会在NASA不给钱的情况下自掏腰包研发一款ISS货运飞船出来。
　　龙飞船：没想到吧，爷不是NASA载荷
　　CRS虽然是一个缺乏竞争的商业市场，但它却是为了给航天市场带来竞争而生的。在太空梭决定退役后，NASA意识到了前往太空的真正阻碍-不是缺少相应的科技、而是缺少竞争（正如大型商业卫星市场中提到的那样）。
　　商业航天市场有非常高的市场壁垒，想要让初创企业自掏腰包资助一款中型以上的运载火箭是几乎不可能的, 这就导致在中大型发射市场中、新兴企业的数量极少。蓝源的新格伦获得了贝贝25亿美元的注资（截至2020年8月20日还在咕咕咕）；轨道ATK为了给自家的OmegA筹资、办公室捐款后还把自己卖给了诺斯洛普格鲁曼，这才撑到了空军给LSA研发合同（虽然最后还是GG了）。归根结底，研发大型火箭需要大量的启动资金、而最疯狂的风投也不太愿意往这无底洞里投钱（更别提银行了），所以要让新竞争者进入市场、只有NASA给钱这一条路可走。
　　呜呜呜，OmegA你死得好惨啊
　　所以商业补给服务计划实质上是NASA首次将更多竞争者引入中大型发射市场的尝试。换句话说，CRS计划是NASA的第一个＂商业航天企业培育器＂，NASA将通过CRS计划给初创企业提供帮助, 越过商业航天的技术与资金壁垒、从而培养出可以独当一面、有足够竞争力在国际商业发射市场上讨饭吃的成熟航天企业。增加发射商的数量来让发射市场中出现更激烈的竞争从而降低发射价格、提供更优质的发射服务，以及降低发射成本。
　　合同形式所造成的差异
　　猎鹰9号的成功-政府机构资助高科技市场的典范
　　NASA对猎鹰9的研发的作用可以用＂定海神针＂来形容，不仅承担了一半研发费用、更提供了不少于12次商业补给任务作为＂稳定饭票＂来支持研发。除了现钞方面的支持以外，NASA在火箭研发上可谓是蓝星能找到最好的＂导师＂；在设计制造时提供监督与建议、在出事时立马背锅负责事故调查，NASA对猎鹰火箭的的成功可谓是立下了汗马功劳。
　　但NASA给的＂爱＂，也是有限度的。
　　SpaceX的猎鹰9号在国际商业发射市场上拥有非常强的竞争力，说到底因为它是＂市场机制的选择＂：NASA通过＂固定成本（Firm-fixed price）＂研发合同来驾驭了市场机制的力量、同时又帮助了SpaceX跨越市场壁垒 ，简单来说就是超支的部分要SpaceX自掏腰包补齐。
　　大经济学家弥尔顿弗里德曼曾经描述过四种不同的用钱方法：
　　（1）用自己的钱帮自己买东西
　　（2）用别人的钱帮自己买东西
　　（3）用自己的钱帮别人买东西
　　（4）用别人的钱帮别人买东西
　　看着有点绕是么？没关系，这其实就是钱财来源与用途的排列组合。要理解它们之间的区别，只需要抓住以下两点人在花的钱时，有强烈省钱欲望；用别人的钱时，没有人在为自己买东西时，最要紧的是对自己的用途大小（Utility）; 但帮别人买东西时，最关注的则是＂给别人留下最好的印象＂（类似于选取礼物时的情况）
　　（1）所对应的，就类似于自己去超市里买东西，人们总是想要花最少的钱买最有用的，注重最高性价比。（也就是边际成本与边际回报）
　　（2）对应的状况可以用＂公款吃喝＂来理解，＂这个人买自己想要的东西、价格看都不看＂
　　（3）很好理解，就是我们纠结送人什么礼物好时的心理状态；不想花钱多，但想留下好印象
　　（4）是最差的一种情况，用别人的钱帮别人买东西，你既没有省钱欲望、也不想纠结哪个对别人最有用。对资源的利用是最糟糕的。
　　在＂固定成本＂合同条款下，SpaceX要使用自己的钱，为自己研发一款未来几十年内的＂劳模火箭＂。也就是＂用自己的钱，为自己买东西＂的状况（1）；在这＂价格与用途＂两个＂市场驱动力＂的推动下，SpaceX既想设计一款竞争力强的火箭, 又想要严格控制研发成本和风险。最后的答案就是猎鹰9号，一款有着广泛客户群，通过低风险途渐进式地创造着奇迹的运载火箭。
　　竞争力强？因为吃的不是公粮！
　　吃公粮、但又要给波音看家的SLS
　　相较之下，传统的运载火箭的开发合同，由于高技术壁垒与高风险的原因，是通过＂成本补偿（Cost-implement）＂合同授予的，也就是政府机构为超支部分买单。这也是为什么太空梭与SLS虽然由波音-一个商业企业负责研发、制造，但并不属于＂私人火箭＂。
　　在这种情况下，波音就是在＂（2）用别人的钱帮自己研发火箭＂：省钱的动机不足、但由于有多个发射商竞争，波音在设计SLS时会想尽一切办法增加自身的区分度、给予SLS独特的深空大载荷能力。
　　最糟糕的（4）情况真的存在么？
　　存在！大千世界无奇不有！
　　有些国家的航天工程甚至是直接由政府机构/国有集团负责领导项目管理、研发、制造的，缺乏透明度会让他们更加不在乎超支；波音超支报销至少还会被网友群起而攻之，一些国企与研究院保密的研发连超支多少甚至都不公布，对他们而言，只要＂我很可爱，请给我钱＂就行了。
　　国企不需要盈亏自负的性质、与自身对国内中大型发射市场的完全垄断甚至使得它们可以不关心自身火箭是否有市场竞争力。这就是最糟糕的（4）：用别人的钱，帮别人买东西。
　　以20%的开销解决80%的问题
　　猎鹰9号系列是一款以＂商业载荷市场＂为核心目标的火箭，我们在上篇专栏里提到过现在大型通讯卫星发射市场最重要因素是价格（当然，我们说的是计算了＂水平整合与轨道精度等杂项所给卫星带来的额外成本＂的发射价格）
　　而SpaceX在价格上的优势来源于从创世之初便一脉相承的产品策略 和企业文化 ，熟悉SpaceX的读者们可能知道：SpaceX是一个高度垂直整合的企业
　　*这里的＂垂直整合＂指的是SpaceX作为火箭生产/发射商，在自己的工厂内生产了大部分其他厂商需要请供应商提供的部件。不是发射台上整合卫星那个垂直整合
　　SpaceX从火箭的主体储箱到引擎、航电、整流罩、软件，这些全都是SpaceX自己在霍桑的工厂里完成的。引擎的试车台甚至都是自己在德克萨斯建造，不依赖其他的供应商提供。描述这样的企业结构的术语就是＂垂直整合＂，也就是＂把一整条供应链给整合在了一个厂里＂，毫不夸张地说SpaceX的工厂就是＂原料进去、火箭出来＂这样的存在。它甚至还自己造卫星和太空舱，真的是＂垂直整合＂到家了。
　　垂直整合的好处 有很多，包括：（1） 没有中间商赚差价（2） 从产业链开始到结束的同步性高-提高供应的确定性（3） 更好的维持自身的寡头地位（因为没有其他人可以买到梅林引擎）
　　这对于SpaceX的低价战略非常重要，如果SpaceX不是高度垂直整合的企业，那它很难做到今天的低价。事实上ROSCOSMOS一直在努力进行垂直整合（尽管不太成功），但补贴来张口技术来伸手的国企文化注定了它没办法像SpaceX一样成为高效率的企业。还清晰记得蹦床哥罗戈津指责SpaceX＂倾销火箭＂，理由是它只收卫星发射商6200万、但收NASA 1.5-4倍高价，很明显是来针对俄国航太产业的倾销（bushi）葱酱会在专栏4里说明为何给空军/NASA的报价总是高于商业载荷
　　SpaceX的另一个策略 则是＂只完成80%的工作＂，将最后20%的优化留给卫星发射商自己弥补。这在商学里会被解读为＂二八定理＂的一个范例，我们在以前的动态里提过：在完成前80%的工作只需要20%的成本，但最后20%的＂产品优化＂会带来80%的成本。在SpaceX身上其实可以很明显的看见这样的作风（尽管它肯定解决了>80%的的问题、花销了>20%的成本），从冷气RCS+大推力二级导致的低精度轨道、一直到极度简化的发射台服务，无不透露着＂廉价发射服务＂这一宗旨。
　　老读者肯定看我发过这张图，这是Skunk Rule，也是一种二八定律
　　严谨的说，垂直整合与二八定律这两个策略并不可以分离。垂直整合意味着你要把所有活都揽下来自己做，而一个企业是不可能在方方面面都做到业内第一的 。
　　垂直整合既是SpaceX低价优势的来源，也是它无法完成最终优化的诅咒。没错，猎鹰9便宜，但许多任务即使是猎鹰重型或者未来的星舰也无法完成。这一点我们会在专栏4中深入讨论
　　相比之下，ULA的策略则是成为最好的＂系统整合商＂。不信？我们来看看它是怎么买买买的
　　主引擎：RD-180来自俄国、BE-4来自蓝源、RS-68(A)来自洛克达因；
　　上面级引擎-RL10来自洛克达因；
　　整流罩来自RUAG-一家瑞士企业（虽然马上就要自己造了）；
　　固推-来自Aerojet或Northrop Grumman
　　你可以看到之间的差异，许多困难的问题都被手一甩丢给了供应商来解决。这在给ULA带来高成本的同时，也允许ULA将精力全部灌注在火箭储箱及整体设计、发射台运作、软件研发，从而非常好的完成了最后的＂20%＂成为NatSec与LSP市场的宠儿。
　　附录：为何SpaceX的低价 不是 回收带来的？
　　你们肯定想问这个问题
　　原因是：回收虽然会剩下一级助推器的成本、但会要求SpaceX制造一个更大的火箭来完成相同的任务。根据Gwynne Shotwell（SpaceX的CFO）、Tory Bruno（ULA的CEO）与NASA共同进行的研究。在＂助推器反推着陆/舰＂的回收方式下，机队 平均复用次数要达到10次 才能够开始真正意义上＂节省发射成本＂。 SpaceX目前最多复用次数最多的助推器是1049，在星链10任务上进行了第六次发射-也就是说：平均远低于10次，它是亏钱的。
　　这是由于为了让火箭可以进行反推着陆，需要对设计进行许多改动。也就是说，制造一枚可复用火箭、会要比造一枚不可回收的贵。从而并不是原价6000万/发，复用一次就成3000万/发。因为如果设计火箭时不考虑回收，它的成本会远低于6000万 。
　　非常的反直觉？理解不了？没关系，葱酱帮你们整理一下思路。
　　还记得专栏1里讲的机遇成本和取舍研究么？我们又要用到它了！
　　以下几点＂助推器反推着陆（Booster Flyback）＂对发射商所造成的影响：
　　火箭设计影响：为了让火箭不迷路，需要在助推器上额外加一套航电（一次性火箭只有上面级需要一套）反推着陆所需要的导航飞控软件研发、维护成本空气动力学改进-指棚格舵（着陆时是反过来飞的）额外的电池来支持额外的航电、与工作时间传感器（火箭的眼睛）、测控、数据处理器着陆腿、着陆腿释放装置（液压/电磁推杆）及控制器（你不想MAX-Q的时候着陆腿突然放掉下来吧）热防护（飞进自己的尾焰、超音速再入）为维护预留的接口和通道
　　后勤影响：无人驳船一次出航上百万就出去了（当需要海上回收时）额外的运输装置（返厂维护）着陆平台
　　翻修内容：完整的检查替换无法修复的部件翻修被折磨的热防护措施翻修用工具投入
　　这些都是成本，火箭设计的成本会在每枚助推器生产时都会附加上去、后勤和翻修的成本在每次复飞时都会出现。
　　同时，对回收火箭会带来运力损失，来源于两个方面：火箭设计改动造成的影响都会以＂一级死重＂的形式出现，一级上大约每增加7kg的重量便会导致运力缩水1kg最主要的影响：需要预留燃料来进行着陆（通常会造成30%-50%的运力损失）
　　所以，对＂Booster Flyback＂的取舍研究中的两个选项便是：设计一枚廉价的、运力刚好够任务的火箭设计一款造价数倍于（1）的可回收火箭，并且努力提升复用次数
　　你可能会问：
　　葱酱葱酱，6000万一枚已经是前无古人的便宜了；ULA的一次性火箭一发上亿、可回收的猎鹰9当然省钱了。
　　我们在前文已经讲过，SpaceX的低价来源于它的生产策略；我向你保证如果SpaceX造一枚不可回收版的猎鹰火箭，在同样任务下的报价会比可回收的猎鹰9还低
　　2013年猎鹰9号V1.1的报价，低于现在的6200万（2016年FT开始）
　　如图，FT（Block3）是SpaceX真正开始追求反推着陆的版本。宣布的同时也增加了发射报价（尽管4.85吨GTO的运力小于现在回收的5.5，但SpaceX如果继续改进一次性火箭其实可以在同样的价格下提供更高运力）
　　Gwynne Shotwell今年3月告诉媒体＂SpaceX没有必要复用一根猎鹰9号十次以上＂。也就是说，她认为不需要去追求＂平均10次＂以上的省钱。
　　那，SpaceX如果回收猎鹰9不能省钱、还回收它干什么？
　　葱酱：你见过一年发射20次的中大型运载火箭么？我觉得今年可能要出现了！
　　在成功复飞火箭以前，SpaceX只能够做到每年6-7发的发射日程。这种频率下，想要构筑星链网络、可以说是痴人说梦了吧！
　　回收给SpaceX真正带来的是更快的发射节奏、而不是节省发射成本 ，这一点与火箭实验室尝试回收电子号的思路不谋而合。
　　而什么样的市场有如此庞大的需求，吸引这两款家公司不约而同地冲向火箭回收、以此来满足发射服务需求呢？这就是我们下一篇-小卫星市场的主题了