Mạnh Quân
Writer
Ngày càng có nhiều doanh nhân Mỹ bắt đầu xem xét lại ranh giới kinh doanh.
Vào mùa hè năm 2011, Quốc hội Hoa Kỳ và NASA cùng công bố một kế hoạch đầy tham vọng: đầu tư 18 tỷ USD để phát triển tên lửa khổng lồ chưa từng có và tàu vũ trụ mới, tái cơ cấu các chuyến bay vũ trụ có người lái và chuẩn bị cho các cuộc đổ bộ tiếp theo lên Sao Hỏa.
Đây là dự án mang tính “hệ thống toàn quốc” một cách tự nhiên. Quốc hội đã phân bổ số tiền khổng lồ và các cơ quan chính phủ (NASA) đã đặt ra mục tiêu, cho phép những gã khổng lồ trong ngành công nghiệp quân sự đã hợp tác trong nhiều thập kỷ phát triển.
Vài tháng sau, NASA đã phân bổ một phần ngân sách khổng lồ (chưa đến 300 triệu USD) cho bốn công ty thương mại, bao gồm SpaceX và Blue Origin, để cố gắng chế tạo tàu vũ trụ có người lái tự tài trợ. Sự phân công lao động rất rõ ràng: chính phủ mở ra những lĩnh vực công nghệ mới; các công ty thương mại có trách nhiệm giảm chi phí.
Mười ba năm sau, khoảng cách về kết quả giữa hai hướng là rất lớn. Vào ngày 14 tháng 3, Starship cao 40 tầng, nặng 5.000 tấn đã thoát khỏi trọng lực thành công và đi vào quỹ đạo Trái đất thấp. Lần phóng này đã không đạt được tất cả các mục tiêu của SpaceX, động cơ đẩy phát nổ trước khi rơi xuống Vịnh Mexico và phi thuyền bị hư hại khi đi qua bầu khí quyển và quay trở lại Trái đất. Nhưng đi vào quỹ đạo thành công đã là một bước tiến lớn về mặt công nghệ - nhân loại cuối cùng cũng có được một tên lửa mới có lực đẩy và tải trọng vượt quá Saturn V.
Hạt giống thương mại phát triển ngoài mong đợi. SLS, dẫn đầu bởi NASA và ngành công nghiệp quốc phòng Hoa Kỳ, mới chỉ tung ra phiên bản cấu hình thấp vào năm 2022 sau 26 lần trì hoãn và vẫn chưa bắt kịp Saturn V.
Có một khoảng cách rất lớn về hiệu quả giữa hai bên. SpaceX ngày nay đã là một công ty có lợi nhuận khi chi hơn 5 tỷ USD cho việc nghiên cứu, phát triển và sản xuất phi thuyền. Dự án SLS có chi phí hơn 23,8 tỷ USD.
SpaceX có sự tài trợ của chính phủ. NASA đã trao cho SpaceX tổng cộng hơn 13,5 tỷ đô la Mỹ trong 20 năm qua - gần tương đương với hơn nửa năm ngân sách của NASA. Nhưng số tiền này không phải là khoản trợ cấp nghiên cứu và phát triển, phần lớn trong số đó cho phép SpaceX phóng vệ tinh và đưa phi hành gia lên trạm vũ trụ, nơi thực sự mang lại lợi nhuận cho NASA.
Để đạt được điều này, SpaceX đã dựa vào lẽ thường tình trong thế giới kinh doanh: lặp lại nhanh chóng, theo đuổi tỷ lệ đầu vào-đầu ra, sản xuất quy mô lớn và thay thế thiết bị chuyên dụng bằng thiết bị đa năng giá rẻ.
Thành công của SpaceX không chỉ truyền cảm hứng cho công nghệ mà còn khiến nhiều doanh nhân bắt đầu xem xét lại ranh giới kinh doanh. Ngày càng có nhiều doanh nhân lựa chọn sử dụng các công nghệ và phương pháp mới để lật đổ các lĩnh vực mà ban đầu được cho là do chính phủ thống trị và thúc đẩy đổi mới trong ngành hàng không vũ trụ, công nghiệp quân sự và thậm chí cả phản ứng tổng hợp hạt nhân có thể kiểm soát.
Siêu năng lực của SpaceX—sự nghèo đói
Khi Elon Musk thành lập SpaceX vào năm 2002, nhiều đồng nghiệp cũ ở PayPal cho rằng ông bị điên. Reid Hoffman đã nói: “Làm sao đây có thể là một công việc kinh doanh được?”
Nhưng Musk không nghĩ rằng việc chế tạo tên lửa không thể kiếm được tiền, ông tin rằng nhu cầu bay vào vũ trụ thấp là do giá phóng quá đắt, vào thời điểm đó, để đưa 1 kg thiết bị vào vũ trụ phải tốn hàng chục nghìn đô la. Miễn là SpaceX có thể giảm chi phí phóng thì sẽ có nhiều người trả tiền cho tên lửa của họ hơn. Với đủ nhu cầu, SpaceX có thể bán tên lửa và kiếm tiền để chế tạo những tên lửa tốt hơn.
Musk chỉ có thể nghĩ như vậy. Khi thành lập SpaceX, tổng tài sản của Musk chưa đến 200 triệu USD, không đủ để NASA phóng tàu con thoi. Chưa kể toàn bộ chương trình đổ bộ lên mặt trăng Apollo tiêu tốn tới 25 tỷ USD (tương đương hơn 150 tỷ USD ngày nay).
Ban đầu, ông muốn mua tên lửa cũ của Nga để giảm chi phí nhưng bị thuyết phục bởi mức giá 18 triệu USD. "Musk Biography" viết rằng trên chuyến bay từ Nga trở về Mỹ, Musk bắt đầu cân nhắc tính khả thi của việc phát triển tên lửa. Ông đã sử dụng Excel để liệt kê tất cả các vật liệu và chi phí để chế tạo một tên lửa cỡ trung bình như sợi carbon, kim loại, nhiên liệu, v.v. Ông nhận thấy rằng sử dụng các phương pháp truyền thống để chế tạo tên lửa, giá thành thành phẩm cao hơn giá nguyên liệu hơn 50 lần.
Musk nghĩ ra "Chỉ số ngu" từ việc này: tính xem giá thành của một sản phẩm cao hơn giá nguyên vật liệu là bao nhiêu, giá thành càng cao thì càng ngu ngốc. Ông tin rằng nếu một sản phẩm có "chỉ số ngu ngốc" cao thì có thể tìm ra các phương pháp sản xuất hiệu quả hơn để giảm chi phí.
Những ngành công nghiệp hiện đại từng trải qua sự cạnh tranh khốc liệt trên thị trường không hề “ngu ngốc” cho lắm, chẳng hạn chỉ số ngu ngốc của ngành ô tô có thể đạt tới 1,5. Tuy nhiên, việc thám hiểm không gian từ lâu đã được kiểm soát bởi các kế hoạch và hướng dẫn, với mục đích thể hiện sức mạnh kỹ thuật và lợi thế về thể chế. Các tổ chức được tài trợ bởi quỹ tài chính thường quan tâm nhiều hơn đến sự an toàn và thiếu mục tiêu theo đuổi hiệu quả cuối cùng. Quân đội và NASA đưa ra hàng trăm thông số kỹ thuật và yêu cầu để chế tạo các bộ phận của tên lửa nên giá thành cao, một chiếc van trên tên lửa đắt gấp 30 lần so với một chiếc van tương tự dùng trên ô tô.
Khi SpaceX sản xuất tên lửa thế hệ đầu tiên, họ đã thiết kế và sản xuất 70% linh kiện, số linh kiện còn lại được mua từ các nhà cung cấp ngoài ngành hàng không vũ trụ để giúp họ cải tiến công nghệ đáp ứng tiêu chuẩn phóng tên lửa.
Cuối cùng, SpaceX đã phóng thành công tên lửa đầu tiên Falcon 1 chỉ với số vốn đầu tư khoảng 100 triệu USD. Để so sánh, Li Auto đã đầu tư gần 300 triệu USD vào R&D trước khi chế tạo chiếc ô tô đầu tiên.
Sau khi sử dụng Falcon 1 để chứng minh SpaceX có thể phóng thành công tên lửa, Musk coi việc tái chế tên lửa là mục tiêu phải đạt được: "Vứt bỏ những tên lửa trị giá hàng triệu USD sau mỗi chuyến bay cũng giống như vứt bỏ một tên lửa sau mỗi chuyến bay. Giống như một chiếc Boeing". 747."
SpaceX phải mất 5 năm mới biến ý tưởng này thành hiện thực và hiện chỉ một số tổ chức như Blue Origin có thể làm được điều đó.
Phương pháp được SpaceX sử dụng là thử, sai và lặp lại nhanh chóng, phổ biến ở các công ty Internet. Musk tin rằng đây là cách duy nhất để tạo ra một tên lửa có thể sử dụng được. Quá trình khôi phục tăng cường của Falcon 9 đã thất bại 20 lần trước khi được khôi phục thành công. Trước lần phóng thử nghiệm phi thuyền này, SpaceX đã cho nổ tung ít nhất 10 con tàu.
Một vệ tinh liên lạc Starlink đi vào quỹ đạo sau khi phóng.
Trong quá trình thăm dò hàng không vũ trụ trước đây, những tổn thất như vậy về cơ bản là không thể và không thể chấp nhận được. Các dự án tên lửa do NASA dẫn đầu tiêu tốn hàng trăm triệu, thậm chí hàng trăm triệu USD cho mỗi lần phóng. Họ thích dành nhiều năm và rất nhiều tiền để hoàn thiện thiết kế trước khi phóng tên lửa để tránh các vụ nổ nhiều nhất có thể.
Sau nhiều lần thất bại trong giai đoạn thử nghiệm, SpaceX đã có được một tên lửa giá rẻ và đáng tin cậy. Theo ước tính của Học viện Công nghệ Phương tiện Phóng Trung Quốc, chi phí phóng một lần của Falcon 9 chỉ là 20 triệu USD nếu nó được phóng 10 lần, tức chỉ bằng 42% chi phí cho một lần phóng. Nếu một chiếc Falcon 9 có thể được phóng lại 100 lần, chi phí cho một lần phóng sẽ được khấu hao xuống còn 16 triệu USD, chỉ bằng 1/3 chi phí ban đầu. Giá rẻ đã giúp SpaceX thu hút được lượng đơn đặt hàng lớn, năm ngoái có 147 vụ phóng tên lửa ở châu Âu và Mỹ, trong đó SpaceX chiếm tới hơn 65%.
Chi phí phóng cực thấp còn cho phép SpaceX phóng hơn 6.000 vệ tinh vào quỹ đạo Trái đất tầm thấp trong vòng 6 năm để hình thành mạng lưới Starlink. Theo ước tính của Spacenews, doanh thu của Starlink vào năm 2023 sẽ vượt 3,2 tỷ USD.
Khái niệm cắt giảm chi phí tối đa xuyên suốt mọi khía cạnh của quá trình phát triển phi thuyền.
Bao gồm cả tên lửa dòng Falcon của SpaceX, thân chính của nhiều tên lửa hiện nay được làm bằng vật liệu composite sợi carbon, có thể chịu được áp suất cao tạo ra khi tên lửa xuyên qua bầu khí quyển và không dễ bị biến dạng. Quan trọng hơn, nó đủ nhẹ để giảm trọng lượng của tên lửa một cách hiệu quả, cho phép tên lửa chở được nhiều đồ hơn hoặc sử dụng ít nhiên liệu hơn khi lao vào vũ trụ.
SpaceX đã thử sử dụng vật liệu tổng hợp sợi carbon làm vỏ của phi thuyền nhưng đã từ bỏ sau khi chế tạo được một số bộ phận lớn. Nó không chịu được nhiệt độ cao, khi nhiệt độ vượt quá 200 độ, độ bền của vật liệu composite sợi carbon sẽ giảm mạnh, muốn sử dụng phải thêm một lớp cách nhiệt, điều này sẽ làm tăng độ khó và giá thành của tên lửa. chế tạo. Vật liệu tổng hợp sợi carbon vẫn còn rất đắt, với giá thị trường là 130 USD/kg. Ngoài ra, SpaceX đã sử dụng "chỉ số ngu ngốc" để cải tiến phương pháp sản xuất tên lửa trong nhiều năm và rất khó để giảm chi phí đáng kể.
SpaceX đã chọn thép không gỉ rẻ hơn làm vật liệu chính cho phi thuyền, điều mà Musk nói là "quyết định thiết kế tốt nhất mà SpaceX từng đưa ra".
Thép không gỉ nặng. Năm 2019, nguyên mẫu phi thuyền làm bằng thép không gỉ của SpaceX nặng 200 tấn, nếu làm bằng vật liệu composite sợi carbon thì ước tính đại khái sẽ giảm xuống còn 40 tấn. Nhưng thép không gỉ thì đủ rẻ, khoảng 4 USD một kg. SpaceX có thể tiết kiệm hơn 4 triệu USD cho một phi thuyền bằng cách hy sinh trọng tải.
Hơn nữa, SpaceX có lợi thế mà các công ty cùng ngành không có là có thể liên doanh mua bán với Tesla để giảm chi phí. Thép không gỉ được sử dụng trong Starship và Tesla Cybertruck đều đến từ cùng một công ty - Outokumpu của Phần Lan.
Sử dụng thép không gỉ nặng hơn, SpaceX đã thử mọi cách để giảm trọng lượng của tên lửa. Thép không gỉ có khả năng chịu được nhiệt độ cao nên SpaceX giảm bớt các tấm chắn nhiệt không cần thiết. SpaceX đã có thể giảm một phần trọng lượng bằng cách không sơn tên lửa. Trước lần phóng này, nếu phóng to và nhìn vào phi thuyền trên bệ phóng, bạn có thể thấy rõ các vết hàn.
Nâng cấp phần cứng khó, phải dựa vào phần mềm và AI để bù đắp
Lực đẩy của động cơ Raptor II sử dụng trên tàu vũ trụ mới đạt ngang mức động cơ RS-25 sử dụng trên tàu con thoi của Mỹ những năm 1970 và chỉ bằng 1/3 động cơ F-1 dùng trong tên lửa hạ cánh lên mặt trăng Sao Thổ V.
Nhưng SpaceX đã lắp đặt 33 động cơ cùng một lúc. Trong thiết kế tên lửa truyền thống, sử dụng nhiều động cơ hơn không phải là phương án tốt nhất. Điều khiển một động cơ đã khó, nếu muốn điều khiển một nhóm động cơ thì độ khó sẽ tăng lên rất nhiều.
33 động cơ của tàu tăng áp phi thuyền hoạt động đồng thời. Hình ảnh từ SpaceX.
Vào những năm 1960, sau khi Mỹ công bố kế hoạch đổ bộ lên mặt trăng, các nhà khoa học Liên Xô cũng bắt đầu phát triển tên lửa hạ cánh lên mặt trăng N1 với lực đẩy đủ để đưa phi hành gia lên mặt trăng. Họ kết nối song song 30 động cơ nhưng rất khó để đốt cháy chúng cùng lúc và không thể điều chỉnh hướng kịp thời và chính xác trong suốt chuyến bay. Tên lửa N1 được phóng 4 lần và bị phá hủy 4 lần. Do đó, Liên Xô đã gác lại kế hoạch đổ bộ lên mặt trăng.
N1 không có máy tính có thể xử lý các tác vụ phức tạp nhưng SpaceX có thể sử dụng GPU để thử nghiệm mô phỏng.
Các kỹ sư của SpaceX có thể mô phỏng điều kiện hoạt động của động cơ và tìm kiếm các vấn đề tiềm ẩn, chẳng hạn khi nhiên liệu chưa được đốt hết, động cơ sẽ liên tục rung lắc khiến tên lửa bay không ổn định, trường hợp nghiêm trọng sẽ không thể bay toàn bộ tên lửa. tải hoặc thậm chí tan rã. Công nghệ hiện tại không thể thực hiện "cộng hưởng từ hạt nhân" trên động cơ khi nó đang chạy. Phần mềm mô phỏng có thể phát hiện trước các vấn đề.
Thay thế các thiết bị lớn phức tạp bằng một số lượng lớn các thiết bị nhỏ đã trưởng thành tạo thành một cụm cũng là một phương pháp mà Musk đã quen thuộc và đã nhiều lần thực hành trong ngành máy tính.
Ngày nay, bộ xử lý được sử dụng trong các trung tâm dữ liệu của Google, Amazon, ByteDance và các công ty khác không khác nhiều so với bộ xử lý trong máy tính cá nhân. Điện toán cụm gồm hàng chục nghìn bộ xử lý ở cấp độ máy tính cá nhân đã thay thế các máy tính lớn và máy tính mini từng được tùy chỉnh và sản xuất đặc biệt.
Musk so sánh tên lửa và cho biết, nếu chỉ sử dụng một hoặc một vài máy tính lớn, toàn bộ hệ thống sẽ ngừng hoạt động nếu có thời gian ngừng hoạt động. Liệu chúng ta vẫn có thể đi vào quỹ đạo.”
AI cũng được SpaceX sử dụng để hỗ trợ phát triển động cơ và đảm bảo chúng hoạt động bình thường.
Năm 2021, Musk bắt đầu phàn nàn về động cơ Raptor được thiết kế quá phức tạp, quy trình sản xuất rườm rà và giá thành không thể giảm.
Để giảm trọng lượng nhiều nhất có thể, các kỹ sư của SpaceX đã loại bỏ hầu hết các dây cáp và đường ống khỏi thân động cơ ban đầu, tích hợp hơn chục van vào một số van và sử dụng quy trình hàn để thay thế các ốc vít giống như ốc vít nhằm tăng cường khả năng bịt kín của động cơ. động cơ. Họ thậm chí còn loại bỏ hệ thống đánh lửa kép dư thừa trong buồng đốt, chỉ để lại một thiết bị đánh lửa sử dụng oxy và metan ở nhiệt độ cao và áp suất cao để đốt cháy phần nhiên liệu còn lại.
Mọi sự tích hợp vào phần cứng đều khiến động cơ khó điều khiển hơn, mọi van và đường ống đều phải chịu áp lực lớn hơn trước. Để đánh giá và kiểm soát chính xác lưu lượng và điều kiện đốt cháy của động cơ, các kỹ sư của SpaceX đã phát triển mô hình AI để mô phỏng và kiểm tra từng hệ thống của động cơ mới nhằm dự đoán trạng thái và hiệu suất của động cơ trong quá trình phóng thực tế và đưa ra những điều chỉnh chính xác ở những thời điểm quan trọng. khoảnh khắc.
Với sự hỗ trợ của AI, nhóm kỹ sư của SpaceX đã chế tạo được động cơ Raptor thế hệ thứ hai trong vòng một năm, vừa giảm trọng lượng 400 kg nhưng còn tăng lực đẩy thêm 24% và đẩy nhanh quá trình sản xuất.
Raptor 2 nhỏ hơn và nhẹ hơn Raptor 1 và RS-25 (động cơ của tên lửa SLS) vẫn được NASA sử dụng nhưng lực đẩy của nó gần bằng RS-25.
Bên kia, "đội tuyển quốc gia" vẫn đang xem lại các bản vẽ thiết kế từ thời Chiến tranh Lạnh. Năm 2015, NASA đã phân bổ 1,16 tỷ USD để cho phép công ty công nghiệp quân sự Aerojet Rocketdyne khởi động lại dây chuyền sản xuất động cơ tàu con thoi RS-25 và cung cấp động cơ cho tên lửa SLS. Năng lực sản xuất hàng năm của RS-25 chỉ có 4 chiếc, mỗi chiếc có giá hàng trăm triệu USD. SpaceX có thể sản xuất trung bình một động cơ Raptor mỗi ngày với chi phí một triệu đô la Mỹ và có kế hoạch giảm con số này xuống còn hàng trăm nghìn đô la Mỹ trong tương lai.
Sử dụng dây chuyền lắp ráp để chế tạo tên lửa như nhà máy ô tô
Hầu như tất cả các ngành sản xuất đều tuân theo định luật Wright - mỗi khi quy mô sản xuất tăng gấp đôi thì chi phí sản xuất trung bình sẽ giảm 15%. Nhưng hầu như không có quy mô sản xuất trong lĩnh vực hàng không vũ trụ. Chỉ có hàng trăm tên lửa được sản xuất trên thế giới mỗi năm và thậm chí còn ít tên lửa như Starship hơn. Tên lửa cuối cùng có kích thước, tải trọng và lực đẩy gần bằng kích thước, tải trọng và lực đẩy của nó là SLS do NASA phóng vào năm ngoái. Chỉ có một chiếc duy nhất tên lửa đã được sản xuất trong mười năm qua.
SpaceX là công ty tên lửa đầu tiên xây dựng dây chuyền lắp ráp sản xuất quy mô lớn. Phần lớn kinh nghiệm sản xuất của nó đến từ Tesla.
Khi SpaceX thiết kế tên lửa, họ sẽ tái sử dụng các bộ phận nhiều nhất có thể để giảm bớt khó khăn trong sản xuất. Phần thân chính của vỏ phi thuyền bao gồm hàng chục chiếc "thùng" bằng thép không gỉ hàn cao hai mét và đường kính chín mét. Những thùng thép không gỉ này cũng là phần thân chính của vỏ tăng áp Super Heavy. Musk cho biết đây chỉ là một bình nhiên liệu Starship dài hơn với nhiều động cơ hơn ở phía dưới: "Khi bạn xây dựng một dây chuyền lắp ráp Starship, về cơ bản bạn có một dây chuyền lắp ráp cho Super Heavy".
Để tiết kiệm chi phí, SpaceX không dùng bê tông để xây dựng nhà xưởng mà dựng một chiếc lều lớn. Nhà báo hàng không vũ trụ Eric Berger than thở rằng nơi này giống Nhà máy đóng tàu Hải quân Hoa Kỳ vài tuần sau Trân Châu Cảng.
Nơi lắp ráp phi thuyền. Hình ảnh từ SpaceX
Giống như ở Tesla, Musk giao đồng thời các kỹ sư thiết kế tên lửa phụ trách sản xuất tên lửa. "Những người trong dây chuyền lắp ráp cần có khả năng nhanh chóng nắm bắt được các nhà thiết kế sản phẩm và nói với họ, 'Anh điên à? Tại sao anh lại thiết kế? theo cách này à?'"
"Musk Biography" viết rằng khi Musk đi qua dây chuyền lắp ráp SpaceX, anh ấy sẽ dừng lại ở mỗi trạm làm việc, lặng lẽ nhìn chằm chằm, tranh luận với nhóm và loại bỏ hoặc sắp xếp hợp lý một số bộ phận. Điều này không khác gì hành vi của anh ta trên dây chuyền sản xuất Tesla. Ông cũng mời lãnh đạo Tesla quan sát dây chuyền sản xuất của SpaceX và đề xuất giải pháp đơn giản hóa dây chuyền sản xuất bằng ý tưởng sản xuất ô tô.
Để các kỹ sư hiểu rõ hơn về cách thức hoạt động của dây chuyền sản xuất của Tesla, nhà phân tích tài chính Lucas Hughes của SpaceX đã thực hiện một PPT để chỉ ra cách các kỹ sư Tesla loại bỏ các quy trình và bộ phận dư thừa để giảm chi phí.
Mỗi khi một tên lửa được sản xuất, SpaceX sẽ lặp lại dây chuyền lắp ráp để nâng cao hiệu quả và rút ngắn thời gian chế tạo. Năm 2019, các kỹ sư và kỹ thuật viên của SpaceX phải mất 8 tháng để chế tạo con tàu vũ trụ đầu tiên. Nửa năm sau, SpaceX sẽ có thể chế tạo một phi thuyền chỉ trong một tháng.
Tính đến việc Starship cuối cùng có thể được tái sử dụng, tổ chức tư vấn CSIS của Mỹ ước tính rằng chi phí sử dụng Starship để vận chuyển 1 kg vật liệu vào không gian dự kiến sẽ giảm xuống còn 200 USD, chỉ bằng 7% so với tên lửa Falcon 9 rẻ nhất trước đó. và chi phí của Sao Thổ là 5,3%.
SLS không còn lợi thế cạnh tranh nữa. Năm ngoái, các quan chức của NASA đã thừa nhận trong một báo cáo gửi Văn phòng Trách nhiệm Chính phủ Hoa Kỳ (GAO) rằng chi phí của SLS là không thể chấp nhận được và chương trình này không bền vững. Họ tiếp cận Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ và hy vọng bên kia sẽ mua tên lửa SLS để đưa vật tư vào vũ trụ, giúp các công ty công nghiệp quân sự giảm chi phí sản xuất xuống 2 tỷ USD, nhưng bị từ chối. "Chúng tôi có thể mua các khả năng tương tự với giá rẻ hơn và không quan tâm đến SLS", quan chức Bộ Quốc phòng phụ trách mua sắm tên lửa cho biết trong một cuộc phỏng vấn.
Các ngành công nghiệp khác nhau, nhiều “SpaceX” hơn
Sau khi Thế chiến thứ hai kết thúc, Hoa Kỳ tiếp tục sử dụng hệ thống thời chiến quốc gia để thúc đẩy nghiên cứu khoa học và công nghệ quan trọng. Dựa vào hệ thống này, Hoa Kỳ đã dành bảy năm đổ bộ lên mặt trăng trong Chiến tranh Lạnh. Vì mục đích chiến tranh, nước này đã phát triển máy tính, Internet, GPS và các công nghệ khác định hình cuộc sống hiện đại.
Sau khi Chiến tranh Lạnh kết thúc, áp lực cạnh tranh giữa các chính phủ đã giảm bớt rất nhiều, các gã khổng lồ sản xuất vốn đã thành công của Mỹ bị ám ảnh bởi việc chuyển sản xuất sang nước khác để tận dụng chi phí lao động thấp ở nước ngoài và tăng tỷ suất lợi nhuận.
Chỉ một số ít công ty phải đối mặt với sự cạnh tranh khốc liệt của thị trường như Apple sẽ chọn cách kiểm soát các công nghệ cốt lõi và để các nhà cung cấp sản xuất sản phẩm. Hầu hết các công ty có vị trí độc quyền đều có thể từ bỏ đầu tư công nghệ để báo cáo tài chính của họ trông đẹp hơn.Ví dụ, khi Boeing phát triển 787, họ đã yêu cầu các nhà cung cấp chia sẻ 70% chi phí R&D và không còn theo đuổi việc kiểm soát các công nghệ cốt lõi, trở thành một đại diện cho sự rỗng tuếch của ngành sản xuất Hoa Kỳ.
Trong ít nhất 20 đến 30 năm, khi người Mỹ nói về tinh thần kinh doanh, về cơ bản họ tạo ra các sản phẩm trong thế giới ảo như Internet. Các công ty khởi nghiệp phần cứng lẻ tẻ chủ yếu tập trung vào điện tử tiêu dùng.
Hiện nay đang diễn ra một cuộc chạy đua công nghệ trong ngành vũ trụ do các công ty tư nhân thống trị. Theo Space Capital, 1.832 công ty vũ trụ trên khắp thế giới đã nhận được gần 300 tỷ USD đầu tư trong thập kỷ qua, gấp khoảng 1,5 lần ngân sách của NASA trong cùng thời kỳ. Hầu hết các công ty mới này, như SpaceX, sử dụng các phương pháp thương mại và phần mềm mới nổi để hỗ trợ giải quyết các vấn đề kỹ thuật và giữ chi phí ở mức thấp nhất có thể. Ví dụ: Blue Origin, được hỗ trợ bởi người sáng lập Amazon Jeff Bezos, hiện đang nhắm mục tiêu hoàn toàn vào SpaceX.
Ngoài ra còn có một số công ty khởi nghiệp về vệ tinh chọn phát triển các vệ tinh siêu nhỏ có trọng lượng dưới 1 kg và kích thước nhỏ hơn một nửa miếng bánh mì nướng và gửi chúng vào quỹ đạo Trái đất thấp để hình thành mạng lưới liên lạc cho các mục đích khác nhau. Do vệ tinh đủ nhỏ nên chi phí chế tạo rẻ hơn so với vệ tinh lớn, chúng cũng có thể được phóng theo lô vào không gian bằng tên lửa nhỏ trong quá trình phóng và chi phí triển khai cũng thấp, ngay cả khi chúng tự động đi vào bầu khí quyển và bốc cháy sau đó. được sử dụng trong một khoảng thời gian, chúng vẫn có thể được tính toán.
Ngành công nghiệp động cơ hàng không vũ trụ vốn đã vững chắc trong nhiều thập kỷ nay cũng có những thách thức. Trong Trại Doanh nhân YC mới nhất, một công ty khởi nghiệp của Mỹ có tên Astro Mechanica đã chế tạo nguyên mẫu của một động cơ phản lực mới tiết kiệm nhiên liệu hơn.
Các động cơ máy bay được Boeing và Airbus sử dụng thường chỉ có hiệu suất cao ở giai đoạn hành trình cận âm. Động cơ của Astro Mechanica được trang bị một mô tơ tự động điều chỉnh tốc độ quay của động cơ phản lực cánh quạt và có thể tăng tốc lên gấp 6 lần tốc độ âm thanh mà vẫn duy trì hiệu suất. Giờ đây, sự bùng nổ của xe điện đã thúc đẩy sự phát triển của động cơ, biến ý tưởng đó thành hiện thực.
Một số doanh nhân cũng đang nổi lên trong lĩnh vực quân sự. Có lẽ nổi bật nhất là công ty máy bay không người lái quân sự Anduril, được thành lập vào năm 2017 và đang sử dụng AI để biến đổi máy bay không người lái. Cùng ngày Starship đi vào vũ trụ, máy bay không người lái của Anduril đã tiêu diệt thành công một mục tiêu bọc thép trên bãi thử. Định giá của Anduril đã đạt 8,5 tỷ USD.
Video trình diễn sản phẩm của hãng công nghệ thế hệ mới, máy bay không người lái Anduril ALTIUS-700M tấn công mục tiêu. Hình ảnh từ Anduril.
Ngay cả các chính phủ trên thế giới cũng không còn hào hứng với phản ứng tổng hợp hạt nhân có thể kiểm soát được nữa và một số công ty khởi nghiệp đã xuất hiện sử dụng vật liệu mới và AI để tìm ra những bước đột phá.
Với tư cách là cánh quạt đầu tư mạo hiểm ở Thung lũng Silicon, vườn ươm khởi nghiệp YC có rất ít công ty khởi nghiệp liên quan đến dự án công nghiệp hoặc chính phủ trong những năm đầu. SpaceX đã trở thành một ví dụ, cho phép chính phủ nhìn thấy sức mạnh của các công ty thương mại, đồng thời truyền cảm hứng cho ngày càng nhiều doanh nhân sử dụng các công nghệ mới để chuyển đổi các lĩnh vực do chính phủ và các gã khổng lồ thương mại thống trị. Từ năm 2012 đến nay, YC đã ươm tạo hơn 260 dự án liên quan đến công nghiệp hoặc chính phủ.
Giống như Musk, nhiều doanh nhân đều là những người ngoài cuộc khi bước chân vào lĩnh vực chuyên môn. Kinh nghiệm kinh doanh cuối cùng của người sáng lập Astro Mechanica Ian Brooke là sản xuất phụ tùng xe máy. Người sáng lập Anduril, Palmer Luckey, trước đây đã thành lập công ty VR Oculus và sau đó bán nó cho Meta.
Các công ty khởi nghiệp mới cũng cần các nhà đầu tư mạo hiểm mới. Tờ New York Times đưa tin vào cuối năm ngoái rằng họ đã xác định được ít nhất 50 quan chức quân đội Mỹ đã từ chức trong 5 năm qua để làm giám đốc điều hành hoặc cố vấn tại các công ty đầu tư mạo hiểm nhằm giúp xác định các công ty khởi nghiệp đầy triển vọng.
Vào cuối năm 2021, người sáng lập công ty phản ứng tổng hợp hạt nhân General Fusion đã được tạp chí Nature phỏng vấn và nói rằng phản ứng tổng hợp hạt nhân có thể kiểm soát đã đạt đến "thời điểm SpaceX". Nhiều ngành công nghiệp đang bước vào thời điểm này.
>> Elon Musk tuyên bố Starship sẽ biến cuộc sống thành đa hành tinh. SpaceX của Elon Musk vừa phóng thành công
Vào mùa hè năm 2011, Quốc hội Hoa Kỳ và NASA cùng công bố một kế hoạch đầy tham vọng: đầu tư 18 tỷ USD để phát triển tên lửa khổng lồ chưa từng có và tàu vũ trụ mới, tái cơ cấu các chuyến bay vũ trụ có người lái và chuẩn bị cho các cuộc đổ bộ tiếp theo lên Sao Hỏa.
Đây là dự án mang tính “hệ thống toàn quốc” một cách tự nhiên. Quốc hội đã phân bổ số tiền khổng lồ và các cơ quan chính phủ (NASA) đã đặt ra mục tiêu, cho phép những gã khổng lồ trong ngành công nghiệp quân sự đã hợp tác trong nhiều thập kỷ phát triển.
Vài tháng sau, NASA đã phân bổ một phần ngân sách khổng lồ (chưa đến 300 triệu USD) cho bốn công ty thương mại, bao gồm SpaceX và Blue Origin, để cố gắng chế tạo tàu vũ trụ có người lái tự tài trợ. Sự phân công lao động rất rõ ràng: chính phủ mở ra những lĩnh vực công nghệ mới; các công ty thương mại có trách nhiệm giảm chi phí.
Mười ba năm sau, khoảng cách về kết quả giữa hai hướng là rất lớn. Vào ngày 14 tháng 3, Starship cao 40 tầng, nặng 5.000 tấn đã thoát khỏi trọng lực thành công và đi vào quỹ đạo Trái đất thấp. Lần phóng này đã không đạt được tất cả các mục tiêu của SpaceX, động cơ đẩy phát nổ trước khi rơi xuống Vịnh Mexico và phi thuyền bị hư hại khi đi qua bầu khí quyển và quay trở lại Trái đất. Nhưng đi vào quỹ đạo thành công đã là một bước tiến lớn về mặt công nghệ - nhân loại cuối cùng cũng có được một tên lửa mới có lực đẩy và tải trọng vượt quá Saturn V.
Hạt giống thương mại phát triển ngoài mong đợi. SLS, dẫn đầu bởi NASA và ngành công nghiệp quốc phòng Hoa Kỳ, mới chỉ tung ra phiên bản cấu hình thấp vào năm 2022 sau 26 lần trì hoãn và vẫn chưa bắt kịp Saturn V.
Có một khoảng cách rất lớn về hiệu quả giữa hai bên. SpaceX ngày nay đã là một công ty có lợi nhuận khi chi hơn 5 tỷ USD cho việc nghiên cứu, phát triển và sản xuất phi thuyền. Dự án SLS có chi phí hơn 23,8 tỷ USD.
SpaceX có sự tài trợ của chính phủ. NASA đã trao cho SpaceX tổng cộng hơn 13,5 tỷ đô la Mỹ trong 20 năm qua - gần tương đương với hơn nửa năm ngân sách của NASA. Nhưng số tiền này không phải là khoản trợ cấp nghiên cứu và phát triển, phần lớn trong số đó cho phép SpaceX phóng vệ tinh và đưa phi hành gia lên trạm vũ trụ, nơi thực sự mang lại lợi nhuận cho NASA.
Để đạt được điều này, SpaceX đã dựa vào lẽ thường tình trong thế giới kinh doanh: lặp lại nhanh chóng, theo đuổi tỷ lệ đầu vào-đầu ra, sản xuất quy mô lớn và thay thế thiết bị chuyên dụng bằng thiết bị đa năng giá rẻ.
Thành công của SpaceX không chỉ truyền cảm hứng cho công nghệ mà còn khiến nhiều doanh nhân bắt đầu xem xét lại ranh giới kinh doanh. Ngày càng có nhiều doanh nhân lựa chọn sử dụng các công nghệ và phương pháp mới để lật đổ các lĩnh vực mà ban đầu được cho là do chính phủ thống trị và thúc đẩy đổi mới trong ngành hàng không vũ trụ, công nghiệp quân sự và thậm chí cả phản ứng tổng hợp hạt nhân có thể kiểm soát.
Siêu năng lực của SpaceX—sự nghèo đói
Khi Elon Musk thành lập SpaceX vào năm 2002, nhiều đồng nghiệp cũ ở PayPal cho rằng ông bị điên. Reid Hoffman đã nói: “Làm sao đây có thể là một công việc kinh doanh được?”
Nhưng Musk không nghĩ rằng việc chế tạo tên lửa không thể kiếm được tiền, ông tin rằng nhu cầu bay vào vũ trụ thấp là do giá phóng quá đắt, vào thời điểm đó, để đưa 1 kg thiết bị vào vũ trụ phải tốn hàng chục nghìn đô la. Miễn là SpaceX có thể giảm chi phí phóng thì sẽ có nhiều người trả tiền cho tên lửa của họ hơn. Với đủ nhu cầu, SpaceX có thể bán tên lửa và kiếm tiền để chế tạo những tên lửa tốt hơn.
Musk chỉ có thể nghĩ như vậy. Khi thành lập SpaceX, tổng tài sản của Musk chưa đến 200 triệu USD, không đủ để NASA phóng tàu con thoi. Chưa kể toàn bộ chương trình đổ bộ lên mặt trăng Apollo tiêu tốn tới 25 tỷ USD (tương đương hơn 150 tỷ USD ngày nay).
Ban đầu, ông muốn mua tên lửa cũ của Nga để giảm chi phí nhưng bị thuyết phục bởi mức giá 18 triệu USD. "Musk Biography" viết rằng trên chuyến bay từ Nga trở về Mỹ, Musk bắt đầu cân nhắc tính khả thi của việc phát triển tên lửa. Ông đã sử dụng Excel để liệt kê tất cả các vật liệu và chi phí để chế tạo một tên lửa cỡ trung bình như sợi carbon, kim loại, nhiên liệu, v.v. Ông nhận thấy rằng sử dụng các phương pháp truyền thống để chế tạo tên lửa, giá thành thành phẩm cao hơn giá nguyên liệu hơn 50 lần.
Musk nghĩ ra "Chỉ số ngu" từ việc này: tính xem giá thành của một sản phẩm cao hơn giá nguyên vật liệu là bao nhiêu, giá thành càng cao thì càng ngu ngốc. Ông tin rằng nếu một sản phẩm có "chỉ số ngu ngốc" cao thì có thể tìm ra các phương pháp sản xuất hiệu quả hơn để giảm chi phí.
Những ngành công nghiệp hiện đại từng trải qua sự cạnh tranh khốc liệt trên thị trường không hề “ngu ngốc” cho lắm, chẳng hạn chỉ số ngu ngốc của ngành ô tô có thể đạt tới 1,5. Tuy nhiên, việc thám hiểm không gian từ lâu đã được kiểm soát bởi các kế hoạch và hướng dẫn, với mục đích thể hiện sức mạnh kỹ thuật và lợi thế về thể chế. Các tổ chức được tài trợ bởi quỹ tài chính thường quan tâm nhiều hơn đến sự an toàn và thiếu mục tiêu theo đuổi hiệu quả cuối cùng. Quân đội và NASA đưa ra hàng trăm thông số kỹ thuật và yêu cầu để chế tạo các bộ phận của tên lửa nên giá thành cao, một chiếc van trên tên lửa đắt gấp 30 lần so với một chiếc van tương tự dùng trên ô tô.
Khi SpaceX sản xuất tên lửa thế hệ đầu tiên, họ đã thiết kế và sản xuất 70% linh kiện, số linh kiện còn lại được mua từ các nhà cung cấp ngoài ngành hàng không vũ trụ để giúp họ cải tiến công nghệ đáp ứng tiêu chuẩn phóng tên lửa.
Cuối cùng, SpaceX đã phóng thành công tên lửa đầu tiên Falcon 1 chỉ với số vốn đầu tư khoảng 100 triệu USD. Để so sánh, Li Auto đã đầu tư gần 300 triệu USD vào R&D trước khi chế tạo chiếc ô tô đầu tiên.
Sau khi sử dụng Falcon 1 để chứng minh SpaceX có thể phóng thành công tên lửa, Musk coi việc tái chế tên lửa là mục tiêu phải đạt được: "Vứt bỏ những tên lửa trị giá hàng triệu USD sau mỗi chuyến bay cũng giống như vứt bỏ một tên lửa sau mỗi chuyến bay. Giống như một chiếc Boeing". 747."
SpaceX phải mất 5 năm mới biến ý tưởng này thành hiện thực và hiện chỉ một số tổ chức như Blue Origin có thể làm được điều đó.
Phương pháp được SpaceX sử dụng là thử, sai và lặp lại nhanh chóng, phổ biến ở các công ty Internet. Musk tin rằng đây là cách duy nhất để tạo ra một tên lửa có thể sử dụng được. Quá trình khôi phục tăng cường của Falcon 9 đã thất bại 20 lần trước khi được khôi phục thành công. Trước lần phóng thử nghiệm phi thuyền này, SpaceX đã cho nổ tung ít nhất 10 con tàu.
Một vệ tinh liên lạc Starlink đi vào quỹ đạo sau khi phóng.
Trong quá trình thăm dò hàng không vũ trụ trước đây, những tổn thất như vậy về cơ bản là không thể và không thể chấp nhận được. Các dự án tên lửa do NASA dẫn đầu tiêu tốn hàng trăm triệu, thậm chí hàng trăm triệu USD cho mỗi lần phóng. Họ thích dành nhiều năm và rất nhiều tiền để hoàn thiện thiết kế trước khi phóng tên lửa để tránh các vụ nổ nhiều nhất có thể.
Sau nhiều lần thất bại trong giai đoạn thử nghiệm, SpaceX đã có được một tên lửa giá rẻ và đáng tin cậy. Theo ước tính của Học viện Công nghệ Phương tiện Phóng Trung Quốc, chi phí phóng một lần của Falcon 9 chỉ là 20 triệu USD nếu nó được phóng 10 lần, tức chỉ bằng 42% chi phí cho một lần phóng. Nếu một chiếc Falcon 9 có thể được phóng lại 100 lần, chi phí cho một lần phóng sẽ được khấu hao xuống còn 16 triệu USD, chỉ bằng 1/3 chi phí ban đầu. Giá rẻ đã giúp SpaceX thu hút được lượng đơn đặt hàng lớn, năm ngoái có 147 vụ phóng tên lửa ở châu Âu và Mỹ, trong đó SpaceX chiếm tới hơn 65%.
Chi phí phóng cực thấp còn cho phép SpaceX phóng hơn 6.000 vệ tinh vào quỹ đạo Trái đất tầm thấp trong vòng 6 năm để hình thành mạng lưới Starlink. Theo ước tính của Spacenews, doanh thu của Starlink vào năm 2023 sẽ vượt 3,2 tỷ USD.
Khái niệm cắt giảm chi phí tối đa xuyên suốt mọi khía cạnh của quá trình phát triển phi thuyền.
Bao gồm cả tên lửa dòng Falcon của SpaceX, thân chính của nhiều tên lửa hiện nay được làm bằng vật liệu composite sợi carbon, có thể chịu được áp suất cao tạo ra khi tên lửa xuyên qua bầu khí quyển và không dễ bị biến dạng. Quan trọng hơn, nó đủ nhẹ để giảm trọng lượng của tên lửa một cách hiệu quả, cho phép tên lửa chở được nhiều đồ hơn hoặc sử dụng ít nhiên liệu hơn khi lao vào vũ trụ.
SpaceX đã thử sử dụng vật liệu tổng hợp sợi carbon làm vỏ của phi thuyền nhưng đã từ bỏ sau khi chế tạo được một số bộ phận lớn. Nó không chịu được nhiệt độ cao, khi nhiệt độ vượt quá 200 độ, độ bền của vật liệu composite sợi carbon sẽ giảm mạnh, muốn sử dụng phải thêm một lớp cách nhiệt, điều này sẽ làm tăng độ khó và giá thành của tên lửa. chế tạo. Vật liệu tổng hợp sợi carbon vẫn còn rất đắt, với giá thị trường là 130 USD/kg. Ngoài ra, SpaceX đã sử dụng "chỉ số ngu ngốc" để cải tiến phương pháp sản xuất tên lửa trong nhiều năm và rất khó để giảm chi phí đáng kể.
SpaceX đã chọn thép không gỉ rẻ hơn làm vật liệu chính cho phi thuyền, điều mà Musk nói là "quyết định thiết kế tốt nhất mà SpaceX từng đưa ra".
Thép không gỉ nặng. Năm 2019, nguyên mẫu phi thuyền làm bằng thép không gỉ của SpaceX nặng 200 tấn, nếu làm bằng vật liệu composite sợi carbon thì ước tính đại khái sẽ giảm xuống còn 40 tấn. Nhưng thép không gỉ thì đủ rẻ, khoảng 4 USD một kg. SpaceX có thể tiết kiệm hơn 4 triệu USD cho một phi thuyền bằng cách hy sinh trọng tải.
Hơn nữa, SpaceX có lợi thế mà các công ty cùng ngành không có là có thể liên doanh mua bán với Tesla để giảm chi phí. Thép không gỉ được sử dụng trong Starship và Tesla Cybertruck đều đến từ cùng một công ty - Outokumpu của Phần Lan.
Sử dụng thép không gỉ nặng hơn, SpaceX đã thử mọi cách để giảm trọng lượng của tên lửa. Thép không gỉ có khả năng chịu được nhiệt độ cao nên SpaceX giảm bớt các tấm chắn nhiệt không cần thiết. SpaceX đã có thể giảm một phần trọng lượng bằng cách không sơn tên lửa. Trước lần phóng này, nếu phóng to và nhìn vào phi thuyền trên bệ phóng, bạn có thể thấy rõ các vết hàn.
Nâng cấp phần cứng khó, phải dựa vào phần mềm và AI để bù đắp
Lực đẩy của động cơ Raptor II sử dụng trên tàu vũ trụ mới đạt ngang mức động cơ RS-25 sử dụng trên tàu con thoi của Mỹ những năm 1970 và chỉ bằng 1/3 động cơ F-1 dùng trong tên lửa hạ cánh lên mặt trăng Sao Thổ V.
Nhưng SpaceX đã lắp đặt 33 động cơ cùng một lúc. Trong thiết kế tên lửa truyền thống, sử dụng nhiều động cơ hơn không phải là phương án tốt nhất. Điều khiển một động cơ đã khó, nếu muốn điều khiển một nhóm động cơ thì độ khó sẽ tăng lên rất nhiều.
33 động cơ của tàu tăng áp phi thuyền hoạt động đồng thời. Hình ảnh từ SpaceX.
Vào những năm 1960, sau khi Mỹ công bố kế hoạch đổ bộ lên mặt trăng, các nhà khoa học Liên Xô cũng bắt đầu phát triển tên lửa hạ cánh lên mặt trăng N1 với lực đẩy đủ để đưa phi hành gia lên mặt trăng. Họ kết nối song song 30 động cơ nhưng rất khó để đốt cháy chúng cùng lúc và không thể điều chỉnh hướng kịp thời và chính xác trong suốt chuyến bay. Tên lửa N1 được phóng 4 lần và bị phá hủy 4 lần. Do đó, Liên Xô đã gác lại kế hoạch đổ bộ lên mặt trăng.
N1 không có máy tính có thể xử lý các tác vụ phức tạp nhưng SpaceX có thể sử dụng GPU để thử nghiệm mô phỏng.
Các kỹ sư của SpaceX có thể mô phỏng điều kiện hoạt động của động cơ và tìm kiếm các vấn đề tiềm ẩn, chẳng hạn khi nhiên liệu chưa được đốt hết, động cơ sẽ liên tục rung lắc khiến tên lửa bay không ổn định, trường hợp nghiêm trọng sẽ không thể bay toàn bộ tên lửa. tải hoặc thậm chí tan rã. Công nghệ hiện tại không thể thực hiện "cộng hưởng từ hạt nhân" trên động cơ khi nó đang chạy. Phần mềm mô phỏng có thể phát hiện trước các vấn đề.
Thay thế các thiết bị lớn phức tạp bằng một số lượng lớn các thiết bị nhỏ đã trưởng thành tạo thành một cụm cũng là một phương pháp mà Musk đã quen thuộc và đã nhiều lần thực hành trong ngành máy tính.
Ngày nay, bộ xử lý được sử dụng trong các trung tâm dữ liệu của Google, Amazon, ByteDance và các công ty khác không khác nhiều so với bộ xử lý trong máy tính cá nhân. Điện toán cụm gồm hàng chục nghìn bộ xử lý ở cấp độ máy tính cá nhân đã thay thế các máy tính lớn và máy tính mini từng được tùy chỉnh và sản xuất đặc biệt.
Musk so sánh tên lửa và cho biết, nếu chỉ sử dụng một hoặc một vài máy tính lớn, toàn bộ hệ thống sẽ ngừng hoạt động nếu có thời gian ngừng hoạt động. Liệu chúng ta vẫn có thể đi vào quỹ đạo.”
AI cũng được SpaceX sử dụng để hỗ trợ phát triển động cơ và đảm bảo chúng hoạt động bình thường.
Năm 2021, Musk bắt đầu phàn nàn về động cơ Raptor được thiết kế quá phức tạp, quy trình sản xuất rườm rà và giá thành không thể giảm.
Để giảm trọng lượng nhiều nhất có thể, các kỹ sư của SpaceX đã loại bỏ hầu hết các dây cáp và đường ống khỏi thân động cơ ban đầu, tích hợp hơn chục van vào một số van và sử dụng quy trình hàn để thay thế các ốc vít giống như ốc vít nhằm tăng cường khả năng bịt kín của động cơ. động cơ. Họ thậm chí còn loại bỏ hệ thống đánh lửa kép dư thừa trong buồng đốt, chỉ để lại một thiết bị đánh lửa sử dụng oxy và metan ở nhiệt độ cao và áp suất cao để đốt cháy phần nhiên liệu còn lại.
Mọi sự tích hợp vào phần cứng đều khiến động cơ khó điều khiển hơn, mọi van và đường ống đều phải chịu áp lực lớn hơn trước. Để đánh giá và kiểm soát chính xác lưu lượng và điều kiện đốt cháy của động cơ, các kỹ sư của SpaceX đã phát triển mô hình AI để mô phỏng và kiểm tra từng hệ thống của động cơ mới nhằm dự đoán trạng thái và hiệu suất của động cơ trong quá trình phóng thực tế và đưa ra những điều chỉnh chính xác ở những thời điểm quan trọng. khoảnh khắc.
Với sự hỗ trợ của AI, nhóm kỹ sư của SpaceX đã chế tạo được động cơ Raptor thế hệ thứ hai trong vòng một năm, vừa giảm trọng lượng 400 kg nhưng còn tăng lực đẩy thêm 24% và đẩy nhanh quá trình sản xuất.
Raptor 2 nhỏ hơn và nhẹ hơn Raptor 1 và RS-25 (động cơ của tên lửa SLS) vẫn được NASA sử dụng nhưng lực đẩy của nó gần bằng RS-25.
Bên kia, "đội tuyển quốc gia" vẫn đang xem lại các bản vẽ thiết kế từ thời Chiến tranh Lạnh. Năm 2015, NASA đã phân bổ 1,16 tỷ USD để cho phép công ty công nghiệp quân sự Aerojet Rocketdyne khởi động lại dây chuyền sản xuất động cơ tàu con thoi RS-25 và cung cấp động cơ cho tên lửa SLS. Năng lực sản xuất hàng năm của RS-25 chỉ có 4 chiếc, mỗi chiếc có giá hàng trăm triệu USD. SpaceX có thể sản xuất trung bình một động cơ Raptor mỗi ngày với chi phí một triệu đô la Mỹ và có kế hoạch giảm con số này xuống còn hàng trăm nghìn đô la Mỹ trong tương lai.
Sử dụng dây chuyền lắp ráp để chế tạo tên lửa như nhà máy ô tô
Hầu như tất cả các ngành sản xuất đều tuân theo định luật Wright - mỗi khi quy mô sản xuất tăng gấp đôi thì chi phí sản xuất trung bình sẽ giảm 15%. Nhưng hầu như không có quy mô sản xuất trong lĩnh vực hàng không vũ trụ. Chỉ có hàng trăm tên lửa được sản xuất trên thế giới mỗi năm và thậm chí còn ít tên lửa như Starship hơn. Tên lửa cuối cùng có kích thước, tải trọng và lực đẩy gần bằng kích thước, tải trọng và lực đẩy của nó là SLS do NASA phóng vào năm ngoái. Chỉ có một chiếc duy nhất tên lửa đã được sản xuất trong mười năm qua.
SpaceX là công ty tên lửa đầu tiên xây dựng dây chuyền lắp ráp sản xuất quy mô lớn. Phần lớn kinh nghiệm sản xuất của nó đến từ Tesla.
Khi SpaceX thiết kế tên lửa, họ sẽ tái sử dụng các bộ phận nhiều nhất có thể để giảm bớt khó khăn trong sản xuất. Phần thân chính của vỏ phi thuyền bao gồm hàng chục chiếc "thùng" bằng thép không gỉ hàn cao hai mét và đường kính chín mét. Những thùng thép không gỉ này cũng là phần thân chính của vỏ tăng áp Super Heavy. Musk cho biết đây chỉ là một bình nhiên liệu Starship dài hơn với nhiều động cơ hơn ở phía dưới: "Khi bạn xây dựng một dây chuyền lắp ráp Starship, về cơ bản bạn có một dây chuyền lắp ráp cho Super Heavy".
Để tiết kiệm chi phí, SpaceX không dùng bê tông để xây dựng nhà xưởng mà dựng một chiếc lều lớn. Nhà báo hàng không vũ trụ Eric Berger than thở rằng nơi này giống Nhà máy đóng tàu Hải quân Hoa Kỳ vài tuần sau Trân Châu Cảng.
Nơi lắp ráp phi thuyền. Hình ảnh từ SpaceX
Giống như ở Tesla, Musk giao đồng thời các kỹ sư thiết kế tên lửa phụ trách sản xuất tên lửa. "Những người trong dây chuyền lắp ráp cần có khả năng nhanh chóng nắm bắt được các nhà thiết kế sản phẩm và nói với họ, 'Anh điên à? Tại sao anh lại thiết kế? theo cách này à?'"
"Musk Biography" viết rằng khi Musk đi qua dây chuyền lắp ráp SpaceX, anh ấy sẽ dừng lại ở mỗi trạm làm việc, lặng lẽ nhìn chằm chằm, tranh luận với nhóm và loại bỏ hoặc sắp xếp hợp lý một số bộ phận. Điều này không khác gì hành vi của anh ta trên dây chuyền sản xuất Tesla. Ông cũng mời lãnh đạo Tesla quan sát dây chuyền sản xuất của SpaceX và đề xuất giải pháp đơn giản hóa dây chuyền sản xuất bằng ý tưởng sản xuất ô tô.
Để các kỹ sư hiểu rõ hơn về cách thức hoạt động của dây chuyền sản xuất của Tesla, nhà phân tích tài chính Lucas Hughes của SpaceX đã thực hiện một PPT để chỉ ra cách các kỹ sư Tesla loại bỏ các quy trình và bộ phận dư thừa để giảm chi phí.
Mỗi khi một tên lửa được sản xuất, SpaceX sẽ lặp lại dây chuyền lắp ráp để nâng cao hiệu quả và rút ngắn thời gian chế tạo. Năm 2019, các kỹ sư và kỹ thuật viên của SpaceX phải mất 8 tháng để chế tạo con tàu vũ trụ đầu tiên. Nửa năm sau, SpaceX sẽ có thể chế tạo một phi thuyền chỉ trong một tháng.
Tính đến việc Starship cuối cùng có thể được tái sử dụng, tổ chức tư vấn CSIS của Mỹ ước tính rằng chi phí sử dụng Starship để vận chuyển 1 kg vật liệu vào không gian dự kiến sẽ giảm xuống còn 200 USD, chỉ bằng 7% so với tên lửa Falcon 9 rẻ nhất trước đó. và chi phí của Sao Thổ là 5,3%.
SLS không còn lợi thế cạnh tranh nữa. Năm ngoái, các quan chức của NASA đã thừa nhận trong một báo cáo gửi Văn phòng Trách nhiệm Chính phủ Hoa Kỳ (GAO) rằng chi phí của SLS là không thể chấp nhận được và chương trình này không bền vững. Họ tiếp cận Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ và hy vọng bên kia sẽ mua tên lửa SLS để đưa vật tư vào vũ trụ, giúp các công ty công nghiệp quân sự giảm chi phí sản xuất xuống 2 tỷ USD, nhưng bị từ chối. "Chúng tôi có thể mua các khả năng tương tự với giá rẻ hơn và không quan tâm đến SLS", quan chức Bộ Quốc phòng phụ trách mua sắm tên lửa cho biết trong một cuộc phỏng vấn.
Các ngành công nghiệp khác nhau, nhiều “SpaceX” hơn
Sau khi Thế chiến thứ hai kết thúc, Hoa Kỳ tiếp tục sử dụng hệ thống thời chiến quốc gia để thúc đẩy nghiên cứu khoa học và công nghệ quan trọng. Dựa vào hệ thống này, Hoa Kỳ đã dành bảy năm đổ bộ lên mặt trăng trong Chiến tranh Lạnh. Vì mục đích chiến tranh, nước này đã phát triển máy tính, Internet, GPS và các công nghệ khác định hình cuộc sống hiện đại.
Sau khi Chiến tranh Lạnh kết thúc, áp lực cạnh tranh giữa các chính phủ đã giảm bớt rất nhiều, các gã khổng lồ sản xuất vốn đã thành công của Mỹ bị ám ảnh bởi việc chuyển sản xuất sang nước khác để tận dụng chi phí lao động thấp ở nước ngoài và tăng tỷ suất lợi nhuận.
Chỉ một số ít công ty phải đối mặt với sự cạnh tranh khốc liệt của thị trường như Apple sẽ chọn cách kiểm soát các công nghệ cốt lõi và để các nhà cung cấp sản xuất sản phẩm. Hầu hết các công ty có vị trí độc quyền đều có thể từ bỏ đầu tư công nghệ để báo cáo tài chính của họ trông đẹp hơn.Ví dụ, khi Boeing phát triển 787, họ đã yêu cầu các nhà cung cấp chia sẻ 70% chi phí R&D và không còn theo đuổi việc kiểm soát các công nghệ cốt lõi, trở thành một đại diện cho sự rỗng tuếch của ngành sản xuất Hoa Kỳ.
Trong ít nhất 20 đến 30 năm, khi người Mỹ nói về tinh thần kinh doanh, về cơ bản họ tạo ra các sản phẩm trong thế giới ảo như Internet. Các công ty khởi nghiệp phần cứng lẻ tẻ chủ yếu tập trung vào điện tử tiêu dùng.
Hiện nay đang diễn ra một cuộc chạy đua công nghệ trong ngành vũ trụ do các công ty tư nhân thống trị. Theo Space Capital, 1.832 công ty vũ trụ trên khắp thế giới đã nhận được gần 300 tỷ USD đầu tư trong thập kỷ qua, gấp khoảng 1,5 lần ngân sách của NASA trong cùng thời kỳ. Hầu hết các công ty mới này, như SpaceX, sử dụng các phương pháp thương mại và phần mềm mới nổi để hỗ trợ giải quyết các vấn đề kỹ thuật và giữ chi phí ở mức thấp nhất có thể. Ví dụ: Blue Origin, được hỗ trợ bởi người sáng lập Amazon Jeff Bezos, hiện đang nhắm mục tiêu hoàn toàn vào SpaceX.
Ngoài ra còn có một số công ty khởi nghiệp về vệ tinh chọn phát triển các vệ tinh siêu nhỏ có trọng lượng dưới 1 kg và kích thước nhỏ hơn một nửa miếng bánh mì nướng và gửi chúng vào quỹ đạo Trái đất thấp để hình thành mạng lưới liên lạc cho các mục đích khác nhau. Do vệ tinh đủ nhỏ nên chi phí chế tạo rẻ hơn so với vệ tinh lớn, chúng cũng có thể được phóng theo lô vào không gian bằng tên lửa nhỏ trong quá trình phóng và chi phí triển khai cũng thấp, ngay cả khi chúng tự động đi vào bầu khí quyển và bốc cháy sau đó. được sử dụng trong một khoảng thời gian, chúng vẫn có thể được tính toán.
Ngành công nghiệp động cơ hàng không vũ trụ vốn đã vững chắc trong nhiều thập kỷ nay cũng có những thách thức. Trong Trại Doanh nhân YC mới nhất, một công ty khởi nghiệp của Mỹ có tên Astro Mechanica đã chế tạo nguyên mẫu của một động cơ phản lực mới tiết kiệm nhiên liệu hơn.
Các động cơ máy bay được Boeing và Airbus sử dụng thường chỉ có hiệu suất cao ở giai đoạn hành trình cận âm. Động cơ của Astro Mechanica được trang bị một mô tơ tự động điều chỉnh tốc độ quay của động cơ phản lực cánh quạt và có thể tăng tốc lên gấp 6 lần tốc độ âm thanh mà vẫn duy trì hiệu suất. Giờ đây, sự bùng nổ của xe điện đã thúc đẩy sự phát triển của động cơ, biến ý tưởng đó thành hiện thực.
Một số doanh nhân cũng đang nổi lên trong lĩnh vực quân sự. Có lẽ nổi bật nhất là công ty máy bay không người lái quân sự Anduril, được thành lập vào năm 2017 và đang sử dụng AI để biến đổi máy bay không người lái. Cùng ngày Starship đi vào vũ trụ, máy bay không người lái của Anduril đã tiêu diệt thành công một mục tiêu bọc thép trên bãi thử. Định giá của Anduril đã đạt 8,5 tỷ USD.
Video trình diễn sản phẩm của hãng công nghệ thế hệ mới, máy bay không người lái Anduril ALTIUS-700M tấn công mục tiêu. Hình ảnh từ Anduril.
Ngay cả các chính phủ trên thế giới cũng không còn hào hứng với phản ứng tổng hợp hạt nhân có thể kiểm soát được nữa và một số công ty khởi nghiệp đã xuất hiện sử dụng vật liệu mới và AI để tìm ra những bước đột phá.
Với tư cách là cánh quạt đầu tư mạo hiểm ở Thung lũng Silicon, vườn ươm khởi nghiệp YC có rất ít công ty khởi nghiệp liên quan đến dự án công nghiệp hoặc chính phủ trong những năm đầu. SpaceX đã trở thành một ví dụ, cho phép chính phủ nhìn thấy sức mạnh của các công ty thương mại, đồng thời truyền cảm hứng cho ngày càng nhiều doanh nhân sử dụng các công nghệ mới để chuyển đổi các lĩnh vực do chính phủ và các gã khổng lồ thương mại thống trị. Từ năm 2012 đến nay, YC đã ươm tạo hơn 260 dự án liên quan đến công nghiệp hoặc chính phủ.
Giống như Musk, nhiều doanh nhân đều là những người ngoài cuộc khi bước chân vào lĩnh vực chuyên môn. Kinh nghiệm kinh doanh cuối cùng của người sáng lập Astro Mechanica Ian Brooke là sản xuất phụ tùng xe máy. Người sáng lập Anduril, Palmer Luckey, trước đây đã thành lập công ty VR Oculus và sau đó bán nó cho Meta.
Các công ty khởi nghiệp mới cũng cần các nhà đầu tư mạo hiểm mới. Tờ New York Times đưa tin vào cuối năm ngoái rằng họ đã xác định được ít nhất 50 quan chức quân đội Mỹ đã từ chức trong 5 năm qua để làm giám đốc điều hành hoặc cố vấn tại các công ty đầu tư mạo hiểm nhằm giúp xác định các công ty khởi nghiệp đầy triển vọng.
Vào cuối năm 2021, người sáng lập công ty phản ứng tổng hợp hạt nhân General Fusion đã được tạp chí Nature phỏng vấn và nói rằng phản ứng tổng hợp hạt nhân có thể kiểm soát đã đạt đến "thời điểm SpaceX". Nhiều ngành công nghiệp đang bước vào thời điểm này.
>> Elon Musk tuyên bố Starship sẽ biến cuộc sống thành đa hành tinh. SpaceX của Elon Musk vừa phóng thành công
