馬斯克的火星夢:太空霸主 SpaceX 的創新與革命

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這期電子報來聊聊 SpaceX 為什麼有機會成為太空霸主、馬斯克為什麼當時想創 SpaceX、SpaceX 擁有哪些獨特的競爭優勢,以及它的商業模式又是什麼。

也想邀請您花 3-5 分鐘的時間填寫這份讀者回饋表單,讓我有機會認識您,也希望聽到您的回饋,感謝!

馬斯克的火星夢:太空霸主 SpaceX 的革命與挑戰

最近,由 Walter Isaacson 所寫的《馬斯克傳》要出,打開社群幾乎都會看到主流媒體發相關書摘,也讓我對馬斯克開始有點興趣。

再加上,前陣子 WSJ 獨家報導 SpaceX 的財務狀況。對於 SpaceX 的了解不算多,剛好趁這次認識這家有機會成為太空霸主的公司。

在打造 SpaceX 之前,我一直在想什麼時候 NASA 會把人送上火星,我每年都會去看他們官網,我心想哪有這麼難嗎,看來把人送上火星是遙遙無期…

這段是馬斯克在紀錄片《重返太空》提到的,不難看出他的野心。

他所打造的 SpaceX,成為有史以來第一家將火箭送入軌道、回收並且重複使用的民營公司。

由於 SpaceX 還未公開上市,所以相關財務資訊、營運狀況都是未公開的狀態。在 WSJ 獨家報導揭露幾個有趣的數據:

  • 2023 年第一季, SpaceX 的營收達到 15 億美元,並且獲利 5500 萬美元
  • 這是 SpaceX 在經過 2021、2022 連續兩年虧損後,首次轉虧為盈
  • 在 2022 年 SpaceX 的營收為 46 億美元、虧損 5.59 億美元;而 2021 年則是 23 億美元的營收、虧損 9.68 億美元
  • 過去兩年,SpaceX 陸續投入了 54 億美元在研發技術跟設備的採購上,主要和開發星艦(Starship)有關

SpaceX 願意不斷砸大錢、投入巨額資金在自家產品和基礎設施上,和其他科技巨頭類似,試圖透過現階段犧牲利潤的方式,來建立優於競爭者的優勢。

接著,想問幾個問題:為什麼 SpaceX 有機會成為太空霸主?馬斯克為什麼當時想創 SpaceX? SpaceX 擁有哪些獨特的競爭優勢?讓 SpaceX 得以不斷創新 20 多年?

以下超過 5000 字的篇幅,想試圖回答這些問題。

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成立 SpaceX 的初衷:完成童年夢想,解決高昂發射成本

不得不承認,即便馬斯克有很多爭議,但他是這時代當中最偉大的企業家。

他一個人身為數家公司的主要成員,包含 Zip2、PayPal(X.com 合併)、SpaceX、 xAI、Tesla(後來收購專注在太陽能發電系統公司 SolarCity)、OpenAI、Neuralink 和 The Boring Company。

這些公司的成立,也都為所處的領域,帶來了許多創新:

  • PayPal:加速金融科技(Fintech)來臨,並顛覆傳統支付
  • SpaceX:創造商業太空市場的想像
  • OpenAI:透過 GPT3 等模型推動更多 AI 應用
  • Tesla:加速電動車時代的來臨

時間倒回 2001 年,當時馬斯克剛滿 30 歲,經歷了 Zip2 出售、X.com 更名為 PayPal,這也意味著要交給其他人經營。離開 PayPal 後,下一步該怎麼走,是他不斷思考的問題。

找到下一件投入的大事之前,他決定離開當前的環境,從帕羅奧圖搬到洛杉磯。

這個決定是刻意的,洛杉磯是太空、航太產業的重鎮。他深知,只要待在這,就能找到相關的人才與資源,無論如何對他的下一步都有莫大幫助。

隔年,2002 年他創辦了商用航太公司 SpaceX。這決定更多的來自他童年的召喚—對於火箭、太空的旅行夢想,這成為他的使命,也讓他決定探索更多網路之外的可能性。

之中,對馬斯克有著最大啟發的是科幻小說家 Isaac Asimov 的《基地》系列套書(Foundation series)。他直言,「這是建立 SpaceX 的基石」,這帶給他為潔淨能源、建造飛船有更多的貢獻。

一想到太空探索,隨之而來的可能是耗費金錢、資源的印象。因此,也就會有是否有必要進行太空探索必要性的討論。但實際上,太空探索也迎來了各種創新,像是 GPS、天氣預報、相機中的紫外線濾光片,甚至帶動了生醫研究的進步。

會有是否必要進行太空探索的討論,其中一大原因是發射火箭的成本高昂,這問題不僅成為增加進入太空頻率的障礙,也使得導致 NASA 和全球政府的太空探索專案速度變得緩慢。

SpaceX 的成立是希望解決高昂的發射成本,讓更頻繁發射火箭這件事變得可能。這也解釋了為什麼他們想要打造可以飛回來的火箭。所有的每一步都圍繞在,如何在創新的同時,也降低成本。

太空產業一直有個假設性的理論:如果一家公司能夠大幅降低每次發射的成本,並能夠定期發射,將為商用和研究用酬載(飛機或運載火箭攜帶的物體)開啟一個全新的市場。

這是馬斯克想做到的,而他希望藉由 SpaceX 想鼓勵大眾對於創新技術的熱情、探索未知。

雖然這本該是 NASA 等政府機構的使命,但高昂成本讓他們越不敢做大膽且創新的嘗試。對 SpaceX 的終局想像是「在火星上建立永久定居點,以便人類成為多星球物種」。

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不賣我,我就自己造火箭

2001 年底,馬斯克與曾任美國政府不同機密與非機密工作的 Jim Cantrell 和他最好的大學朋友 Adeo Ressi 一起飛到俄羅斯莫斯科,想買到三枚洲際彈道導彈(ICBM),希望改裝後可以當作溫室送入太空的火箭。

不過,對方不斷哄抬價格,又暗示他們沒錢買,這讓馬斯克蠻不爽,認為他們不是不想做生意,就是想要榨乾他們的錢。於是,購買導彈不成,他決定自己造一個。

但自己造火箭也不是這麼容易的事,有兩大問題要克服:如何讓製造火箭的成本變更低、如何讓火箭製程變更快。

過去也有過富翁跨進航太產業,德州房地產大亨 Andrew Beal 投入數百萬美元建立大規模的測試場,但最終以失敗告終。這也讓我好奇,為什麼馬斯克、SpaceX 可以做到這件事,而且可以這樣經營超過 20 年,我認為可以歸納為幾個優勢:

  • 從第一性原理重新思考造火箭的可能性

在俄羅斯買不到導彈後,馬斯克給 Cantrell、Ressi 看了一份表格,說了一句「我覺得我們可以自己製造火箭」。

這不是他隨口說說,而是他花了好幾個月,參與各種與航太相關活動、結識航太工程師,再加上了解和研究航太產業後,列出建造、裝配和發射一枚火箭需要的材料成本。

當時他算出來生產火箭的原材料價格,只有當時火箭售價的 3%。這也給他信心用遠低於現有公司的價格,製造出一枚中型火箭。它可以用來切入專門運送小型衛星和研究用酬載到太空市場。

當時,550 磅酬載的運送成本價是 3000 萬美元,馬斯克承諾第一枚火箭獵鷹 1 號(Falcon 1)將以 690 萬美元載運 1400 磅的酬載。最後,獵鷹 1 號每次發射只要 670 萬美元。

  • 吸引關鍵人才加入,汲取過去失敗經驗

位處洛杉磯的航太新創 SpaceX,同地區有洛克希德.馬丁、NASA、波音等航太相關公司,這也讓他們在招攬人才上有極大優勢。

SpaceX 吸引更多有冒險精神的頂尖工程師加入,第一年大約每周都會有 1-2 名工程師加入。其中,他們也擁有了一些曾在波音等公司負責火箭計畫的管理層,這讓他們可以汲取過去失敗經驗,來改善現行火箭的設計。

發射火箭的失敗率很高,但 SpaceX 要在成立後的 15 個月內發射第一枚火箭,他們只有 3-4 次的機會讓獵鷹 1 號順利升空,否則資金會燒完。

這時,2002 年 eBay 以 15 億美元收購了 Paypal,讓馬斯克有些流動的資金, 可以投入上億美元在 SpaceX。

由於,前幾次發射都失敗,SpaceX 到了 2008 年成功將獵鷹 1 號發射到達太空軌道。這也是第一枚私人研發的液態軌道火箭成功進入地球軌道。

但之中,他們也面對到許多航太界人士的質疑,更低的製造成本、更快的製程模式是否真的可行。對此,他們都對馬斯克的計畫持懷疑立場。

SpaceX 的商業模式與競爭優勢

這邊先簡單介紹一下,SpaceX 旗下有哪些產品:

  • 已經退役的「獵鷹 1 號」Falcon 1

獵鷹 1 號是種小型運載火箭。2008 年 SpaceX 成功發射了「獵鷹 1 號」後,隔年又完成了一次發射後,這幾次也奠定了 SpaceX 在商用衛星發射市場的地位,2009 年「獵鷹 1 號」退役了,他們開始轉向投入「獵鷹 9 號」(Falcon 9 )的研發。

這邊的設計思考是,他們讓「獵鷹 1 號」是 MVP (最小可行性產品),想要在每次發射中驗證幾件事:能否極大化降低每次發射價格、優化飛行環境和發射時間,以及可以重複使用的零件等。

與其建立更大更複雜的產品,耗盡更多資金,直到破產,不如先建立一個 MVP 驗證假設。

  • 獵鷹 9 號 Falcon 9 

在 2006 年,SpaceX 贏得 NASA 的合約後開發了「獵鷹 9 號」,到了「獵鷹 1 號」退役後,所有資源都轉移到了「獵鷹 9 號」的開發。

不同於獵鷹 1 號,獵鷹 9 號是種部分可重複使用的中型運載火箭,它可以將貨物和機組人員送到地球軌道。截至 2023 年 8 月「獵鷹 9 號」系列已經發射了 257 次,除了兩次失敗之外,其他都是成功的。

「獵鷹 9 號」也標誌著航太工業的一個重要技術里程碑。因為部分零件是可重複使用,這也讓開發成本可以分散在多次任務中。來點數字,讓整件事變得更好想像:

以 2020 年的數據來說,SpaceX 每次發射獵鷹 9 號收取 6200 萬美元,或是每磅有效載荷(payload,可以運載的貨物或人員數量)到達軌道的費用為 1200 美元。這和 NASA 的相比要便宜得很多,以 2011 年退役的計劃來說,每次飛行要價 16 億美元,每磅有效載荷費用是 3 萬美元。

  • 天龍號 Dragon

除了火箭之外,SpaceX 也打造太空船。「天龍號」(Dragon)就是其中之一,它可以搭載 7 名乘客往返低地軌道,並且是目前唯一能夠將大量貨物送回地球、實現重複使用的太空船。

2020 年 5 月,SpaceX 將太空員送入國際太空站,這不僅是繼2011 年後首次做到,也是民營企業首次將太空員送入軌道。截至 2022 年 10 月,SpaceX 已成功將 30 人送入太空,這數字也超越中國的太空計劃。

  • 星艦 Starship

星艦 Starship 系統是由 Starship 飛船和 Super Heavy 火箭組成。根據 SpaceX 的說法,Starship 被設計成「完全可重複使用的運輸系統」,預計可以搭載 100 人,並將船員和貨物運送到地球軌道、月球、火星和更遠的地方,並且將成為「有史以來最強大的運載火箭」。

  • 星鏈 Starlink

Starlink 是透過低軌道衛星群,提供覆蓋全球的高速網際網路接入服務。它能夠為傳統地面基礎設施限制的地方提供高速,低成本的網路。

包括農村和偏遠地區、海洋和天空,以及實施互聯網基礎設施在經濟和物流上往往具有挑戰性的任何地方。截至 2023 年 5 月,Starlink 在 54 個國家/地區擁有超過 150 萬活躍使用者。

競爭優勢:可重複使用、垂直整合、政策支持

SpaceX 的收入大概來自於衛星發射合約、NASA 其他有效載荷合約、Starlink 訂閱費用,以及太空旅行等。

他們最早的外部資金來源是 NASA,也是最大的資金來源之一。像是 2021 年 NASA 給了 SpaceX 一份價值 29 億美元的合約,在 2024 年將太空人送上月球。

值得一提的是,講到 SpaceX 的競爭優勢不外乎會提到幾點:

  • 可重複使用:從來沒有人想過火箭的零件可以重複使用,而馬斯克重新思考了這件事,也讓它變成可能。這可以達成兩點:讓火箭的成本多次分攤在不同任務中,也創造了更好的盈利能力。

以發射新造獵鷹 9 號的邊際成本約為 5000 萬美元。馬斯克在 2020 表示,發射重複使用的獵鷹 9 號的邊際成本為 1500 萬美元。每架重複使用的獵鷹 9 號可以省約 3000 萬至 4000 萬美元,與新的獵鷹 9 號相比,重複使用的獵鷹 9 號的費用減少 1000 萬美元。

  • 垂直整合:還記得前面提到馬斯克在開始成立 SpaceX 之前,他計算了生產火箭的價格發現成本只有售價的 3% ,原先在生產火箭成本不斷膨脹的主因,在於成本和定價結構層層外包,這也墊高了製造火箭的成本。

要大幅削減成本,除了從可重複使用零件著手之外,他也想到要用「垂直整合」、以規模經濟的方式,來消除與供應商的交易成本、把固定成本分散到其他的生產基地,達到降低成本的目標。

也就是,他們自行生產 85% 的發射設備及軟體模組,SpaceX 就能將火箭發射價格降 10% 並擁有 70% 毛利率。

光是這點 SpaceX 在成本上和其他競爭者 Blue Origin 和 United Launch Alliance(ULA) 相比,成本就大幅降低許多,主要他們仍依賴其他供應商提供火箭零件等。

  • 政策支持:以上都是 SpaceX 切進這航太賽道中的創新之處,但在整個大環境中,如果沒有 NASA 政策的推出與支持,SpaceX 可能無法走到今天。

2006 年,NASA 啟動了「商業軌道運輸服務」(COTS)計畫。簡單來說,是希望付費給民間的太空公司,讓他們研發可以飛往國際太空站的火箭與太空船,之中也會有 NASA 專業人員的幫助。

NASA 在在五年間花了 5 億美元,協助 SpaceX 和另家民營公司軌道科學(Orbital Sciences)研發新型火箭與載貨太空船。這也激勵了民營企業以更低成本進行開發與創新。

五步製程原則:問對問題

不論是採取可重複使用的零件或火箭、垂直整合的製程,或是政策支持之外,可以再深入探討 SpaceX 的製程原則

Everyday Astronaut 是個百萬航太 Youtuber,它專門在拍航太、火箭相關知識,好幾集都邀請到馬斯克介紹 SpaceX,其中一支在 2021 年的這集,馬斯克提到他們在製造火箭上的五步原則。

  1. 讓要求不那麼愚蠢 Make requirements less dumb

馬斯克說先接受一件事,就是你的要求絕對是愚蠢的。之前 Model 3 電池遇到生產挑戰,玻璃纖維面板是整個生產過程的瓶頸。

他就去問電池安全團隊:「這些墊子是幹什麼用的?」團隊表示,墊子可以減少噪音和振動。於是他去了雜訊振動分析團隊,他們說,「這是為了防火」。最後,他們測試了聲音,墊子沒有產生任何影響。他認為,這要求是愚蠢的。

當這些要求來自超級聰明的人,可能特別危險,因為多數人不太可能挑戰他們。要解決這問題的方法是,讓每個提出要求的人署名,追蹤起來會更快。

  1. 刪除零件或流程 Delete the part or process

如果你還會偶爾添加東西,那代表你刪得還不夠

大家傾向加更多的東西,而不是刪掉東西。不管是個人或組織,甚至是大型組織,都會有個偏見是當刪除了一些東西後,結果你需要額外花時間把它找回來,為了這個以防萬一的情況,傾向保留特定零件或流程,但實際上會產生太多沒有必要存在的東西。

剛提到的玻璃纖維面板,它們移除墊子後,直接省了 200 萬美元。所以他認為要更加積極地刪除不必要存在的零件或流程。

馬斯克也在影片中提到,為什麼星艦上的網格鰭(grid fins)是不會摺疊的,過去他們也想過要這樣做,但實在沒必要,而且增加了製程的複雜度,他們直接刪除掉這個功能。

他們需要盡可能地降低成本,刪除不必要的功能這件事也變得很重要。

  1. 簡化或優化 Simplify or optimize

聰明工程師最常見的錯誤是優化不該存在的東西

一旦經過了需求不那麼愚蠢、刪除了不必要的零件或步驟之後,就可以到第三步「簡化或優化」。

這邊他舉了一個有趣的例子,我們在學校教育通常都會被教導說要回答別人的問題,可是如果這是一個愚蠢的問題呢?比如,教授說:「由於X,Y 和 Z 的原因,這些玻璃纖維面板具有問題......你會如何修復生產?」

但馬斯克認為,這邊應該回到第一步去問,「這問題是存在的嗎?可以使用其他材料嗎?具體要解決的目標是什麼?」而不是預設這些問題是對的,接著去投入修復生產,他不見得是個存在的需求。盡可能簡化這過程。

馬斯克很喜歡 Douglas Adams 的科幻小說《銀河便車指南》,這是影響他一生很深的書,他引述書中的一段話「問對問題才是最難的事」,只有弄清楚問題,一切才會迎刃而解。

  1. 加速循環時間 Accelerate cycle time

一旦你完成了前三個步驟,那就讓事情進展得更快,除非遇到物理上的限制,否則應該以更快作為無止盡地追求。

  1. 自動化 Automate

加快循環時間的最簡單方法是「自動化」,如果操作正確,它會提高速度和品質。馬斯克也提到,多數人會反過來做這個步驟,先想如何自動化,但或許更多時候,應該刪除不必要的步驟、簡化整個流程。

結語

上次接觸到這麼多關於太空的知識,可能是高中唸地科的時候。完全沒想到長大後要再重溫這些內容,不過蠻有趣的,也蠻喜歡的,字數再次很多。過去寫比較多軟體服務,幾乎沒有寫到硬體,甚至是太空產業。寫完 SpaceX 這篇,對馬斯克真的只有由衷地佩服他的願景與決心。

總結兩個我從 SpaceX 創業故事中覺得蠻有感的想法:

  • 多問為什麼、問對的問題:問對問題、第一性原理幾乎是馬斯克不斷強調的事。從他打造 SpaceX 之前,把火箭所需要的零件成本全部計算出來,也重新思考打造可重複使用火箭的可能性,過去沒有人這樣做過,不代表現在不行,而他也成功做到了。
  • 擁抱失敗才有機會達到創新:印象最深刻的是,今年 4 月星艦成功發射 4 分鐘後爆炸,但全場仍舊歡呼鼓掌。對他們而言,失敗是常態,但更重要的是從爆炸後的星艦中獲得什麼重要的數據,有了什麼樣的洞察,最終才能成為下次進步的關鍵。失敗沒關係,沒學到東西才可惜。

能夠達到創新的狀態,必須得面對無數次的失敗。看了 Netflix 上關於 SpaceX 的紀錄片《重返太空》,曾任 SpaceX 建造與飛行可靠性副總裁 Hans Koenigsmann 他提到,最早他們花了好幾年的時間打造第一台獵鷹 1 號,結果試飛後爆炸,他有兩個月的時間低落到沒跟他太太講話。當然,後來過了一陣子後,就發射成功。

最後,想邀請您花 3-5 分鐘的時間填寫這份讀者回饋表單,讓我有機會認識您,也希望聽到您的回饋,感謝!

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Hi,我是 VK~ 好奇科技發展、想看懂科技趨勢和新創的眉角。決定每週記錄下那些我感興趣、還看不懂的事。這裡會聊很多科技公司、新創,他們背後的人物與故事。
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