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SpaceX创新机制及对我国航天技术发展的启示

2021-05-12 | 编辑:机械工业教育网 | 来源:未知 | 浏览量:

在短短十几年时间内,美国太空探索技术(SpaceX)公司迅速成长为世界航天领域的顶尖企业,并在航天技术和航天商业模式方面做出了多项闻名于世的创举。本文着重分析了SpaceX的技术创新路径、内部管理机制、外部创新保障等方面,对于我国航天业的未来发展从技术创新方式方法、管理创新模式机制、航天商业创新探索等角度进行了一定启示总结和建议规划。
 
 
 

 

01
引言
 
 

 

《世界航天能力发展评估》显示,美国在世界航天能力发展评估排名中名列第一,得分为94.22分,与排名第二、得分为57.35分的欧洲拉开了较大差距。坐落于美国加尼福尼亚州霍桑市的SpaceX(Space Exploration Technologies Corp,美国太空探索技术公司),是目前世界上最负盛名的商业航天公司,由PayPal早期合伙人埃隆•马斯克于2002年创建。

 

SpaceX作为美国航天领域的领先企业,其发展动向在一定程度上引领并代表了未来世界航天发展的趋势。SpaceX不但在技术方面实现了全球首次成功的火箭壳体及制造复杂、昂贵的发动机准确回收再使用,而且在管理模式上开辟了一套独特、新颖的航天研发、生产、组织管理模式。同时,其私人公司属性,也对于深度推进太空领域军民融合,不断拓展军民融合的范围、持续进行模式创新具有重要的参考意义。

 

 

02
专利视角下的SpaceX技术创新路径
 
 

 

SpaceX致力于制造和发射先进火箭和航空器,是全球第一家成功发射并回收航天器的企业,并宣称其目标是“为空间技术带来变革,最终使人们能够在其它星球生存”。该公司的创新型成果主要集中在“猎鹰”系列火箭和“龙”系列飞船、以及可重复使用技术、发动机技术、软件系统和回收系统几个方面。截止2020年12月,SpaceX已完成研发制造航天器3艘(包括Dragon器“龙”系列航天器)、猎鹰1号、猎鹰9号和猎鹰重型运载火箭(图1),承接了100次以上的商业性发射。另外,SpaceX将Tesla  Roadster成功发射到环绕太阳的轨道中,成功将搭乘有4名航天员的载人龙飞船(Crew-1任务)发射升空以及研发了可完全重复使用的发射系统。

 

在商业模式创新方面,SpaceX的情况亦是如此。通过独特的商业模式创新,SpaceX取得了价格优势,并在诸如卫星发射市场之类的诸多航天细分领域中取得了绝对优势。例如,2019 年5 月23 日,SpaceX将搭载着首批60颗“Starlink(星链)”卫星的“猎鹰9 号”火箭送入太空,这些卫星将构成一个覆盖全球的卫星网络,该网络能够为全球用户提供低成本高性能的互联网服务;SpaceX还宣布启动一项小卫星低成本发射计划,该计划拟通过“共享火箭”方式对散客进行拼单,从而批量发射小卫星,该计划再次引发了业内强烈关注。 

  

SpaceX桩桩件件的轰动性“创举”既彰显了其不走寻常路的独特个性,也折射了其另辟蹊径的创新能力。这种创新能力具有分析价值,同样具有启示意义。

 

专利是一种记载新技术,并为其所有者提供排他性市场优势的知识产权载体,这就导致专利既是各主体创新的重要动机,又是其创新成果的重要体现。同时,与其它因素相比,专利文献具有更高的公开性和可获得性。

 

通过使用Orbit数据库以SpaceX(Space Exploration Technologies)为申请人进行检索,仅检索到4件专利申请,其中3件为美国专利申请,1篇为PCT国际专利申请。可以看出,SpaceX在专利布局方面比较保守,SpaceX并未针对其技术成果进行大量的专利布局,所申请的专利也仅为非核心关键技术。究其原因,大概是有以下三点:

 

第一,猎鹰火箭得益于美国航空航天局(NASA)被砍掉预算的低成本火箭项目,由原本的军方项目转向民间,而NASA本身又对此采取了技术开放政策,谁都可以免费使用这些专利或技术。这就导致了低成本火箭的很多相关技术点已是现有公开现有技术,丧失了专利申请必要的新颖性、创造性。

 

第二,专利的本质是以公开换取保护,只要申请了专利,其技术方案就会对公众开放,对于核心技术,SpaceX是采用技术秘密进行保护。

 

第三,专利挖掘、专利布局和专利池组建适用于大型批产量型企业,例如通用、空客、苹果、三星、华为等知名大型企业。一件发明专利的授权,短则一两年,长则三四年,更不用说PCT申请(国际专利),费用昂贵,手续繁琐。求得短平快,短期内出成果,而产量又不高的中小型企业在专利布局上往往心有余而力不足,索性放手一搏。

 

显然,SpaceX主要通过技术秘密、而非专利来保护其智力成果。这主要有如下两点原因:

 

首先,由于SpaceX大量采用已公开的成熟技术,因此针对这些技术已经没有申请专利的必要。例如,猎鹰火箭原本是因预算不足而被NASA砍掉的项目,而且NASA又将这些技术免费公开,因此这些技术已丧失了申请专利的“新颖性”条件。

 

其次,SpaceX对其专有技术主要采用技术秘密方式来加以保护。例如,2012年底马斯克接受《连线》(Wired)杂志专访时谈到,为了防堵竞争对手的仿冒,基本上并未为SpaceX申请任何专利,这样做可避免核心技术流失外传。然而,随着其它航天企业的崛起,SpaceX势必在知识产权方面遭遇越来越多的挑战。例如,由于担心蓝色起源公司拥有的太空运载火箭海上着陆相关专利(US8678321 B2)对自己造成威胁, SpaceX于2015年初就该专利向美国专利审判和上诉委员会(PTAB)提起了专利无效的复审申请。尽管SpaceX最终成功地将蓝色起源的专利宣告无效,但是由于加强知识产权保护的全球大趋势,我们可以预期这类事件势必会在SpaceX重演。为应对纠纷,SpaceX又将采取何种知识产权策略,我们将拭目以待。

 

03
SpaceX技术创新的内部管理机制
 
 

 

NASA前局长格里芬曾表示,导致美国载人航天计划高成本、低效率的一个主要原因是臃肿的政府机构。SpaceX显然吸取了这个教训,它在人员设置上极度精简、大幅压缩管理层级。不仅如此,它还在企业的其它方方面面不断尝试能够优化效率、降低成本的各项措施,例如重复使用火箭和飞船,尽量减少产品的外包设计生产,租用发射场地等。这些在航天这一传统领域中看似惊世骇俗的举措,使得SpaceX能够将节省的成本和人力更多地花费在技术创新和产品体验提升方面,从而取得绝对市场优势。

 

 
3.1 扁平化管理

 

SpaceX 尽可能地压缩了管理层级,这种扁平化的管理模式使得在公司运营过程中,信息传递和决策作出仅需较少的中间环节,极大地加快了运营效率。此外,与传统大公司不同,其采用小型科研团队进行各项研发工作。例如,波音公司在研制“德尔塔4号”火箭时,投入了近1000名工程师,而与之形成鲜明对比的是,SpaceX的火箭引擎团队只有25个工程师。在SpaceX的各个小团队中,团队主管都是亲自带队在一线进行指导部署,并同大家一起参与各个开发设计阶段,这种高层次人才的深度的参与加快了工程进度并提高了工程质量。正是这种“小而精”的结构管理方式,才使得SpaceX能够在一个又一个领域中取得重大突破。

 

 
3.2 面向流程的管理划分

 

SpaceX的组织管理架构的另一特点是面向流程的管理,相当一部分的管理岗位是根据对应流程设立的,在研发、生产、试验、发射等核心流程上体现尤为明显。例如,动力、结构和电气领域的管理岗位(即副总裁)是根据核心设计流程设立的;而生产、发射和测试、任务和发射操作、卫星等领域的管理岗位(即副总裁)是根据核心设计流程以外的业务流程设立的。面向流程的管理的优势在于,由专业团队负责专门的分业务流程,由此提高总体业务速度和质量。

 

 
3.3 纵向一体化协同

 

SpaceX的产品和服务涵盖了运载领域的方方面面,已在此领域实现了纵向一体化。纵向一体化是指是指企业参与连续的生产或销售阶段,与专业化分工相对立。由于多业务共同经营,强化了激励效果并降低代理成本,又避免生产流程分离带来的时间与成本的浪费。纵向一体化可以将部分市场交易转化为企业内部沟通,由此降低成本,同时产生协同效益提高竞争力及企业绩效。

 

 
3.4 有利于创新的企业文化

 

SpaceX的企业文化具有两个特点:第一,公司赋予员工发表观点的自由,SpaceX的信条之一就是“不违背物理原理的观点都是可以尝试的”;第二,在SpaceX中,失败并不是一件坏事,相反,公司鼓励员工创新,接受失败。马斯克认为,如果失败的不够多,那说明不够创新。马斯克常常对员工说,失败对我们来说只不过是一次好的经历罢了。在这种对言路广开且对失败非常宽容的良好企业氛围中,员工创新的激情被激发,将天马行空的梦想变成了现实。

 

 
3.5 打造高端航天品牌

 

SpaceX在成本控制上的成功并不意味着其产品主打性价比的中低端定位, 相反,其通过技术创新弥补了成本控制可能带来的产品性能劣势。例如,通过NASA CCDev计划的支持, SpaceX在短时间内完成了Super Draco新型的发动机的设计、建造和测试工作。利用此发动机, SpaceX为“龙”飞船设计了先进的发射逃逸系统, 此系统大大提升了“龙”飞船的安全性, 并使其能够在地球或者其他行星表面精确着陆。而且, 不同于传统抛射式逃逸系统, 当飞船遇到突发危险时, 安装在飞船侧壁上发动机能够瞬间输出千牛的推力, 使宇航员能够在发射的全过程都具有逃生能力。为了提高应急发射能力,公司的工程师为可回收的“猎鹰”火箭开发了新型液氧泵, 以此将原来需要分钟的液氧加注时间缩减到了分钟, 从而使公司在实现“猎鹰”一小时内从仓库到点火发射的目标又迈进了一大步。类似的技术创新在SpaceX发展历程中屡见不鲜, 这是其能够在大力控制成本的同时还能在激烈的市场竞争中脱颖而出并具备长足发展后劲的一个重要原因。

 

04
SpaceX技术创新的外部治理保障
 
 

 

SpaceX之所以在这个科技高速发展且快速更新换代的时代仍能长期保持技术创新优势,是该企业的内因与外部保障因素的共同结果。

 

 
4.1 航天发展的历史机遇

 

SpaceX的迅速发展得益于当今航天产业对近地轨道常态化运输的旺盛需求。仅2012年计划与国际空间站对接的俄罗斯、美国和日本的航天器就多达12架次。同时, 通信、导航和气象等卫星发射的需求也处于激增的态势。

 

2003年,美国颁布了《国家航天运输政策》和《美国国家航天政策》,宣告商业航天市场的正式开放,同时,NASA逐步退出近地轨道业务,集中精力发展基础航天技术和深空探测等公益性航天事业。良好的市场环境为SpaceX的发展提供了难得的历史机遇, 来自政府和商业市场的发射合同不断。

 

 
4.2 美国政府的大力支持

 

2002年成立的SpaceX从成立初期就得到了美国政府的大力支持。SpaceX不仅能够使用美国政府过去数十年时间里通过巨额投资获得的航天技术成果,还源源不断地从政府获得高端人才输送。此外,SpaceX在政府的扶持下参与了大量的载人航天或货物航天运输政府项目、如商业宇航员计划(CCP)、商业轨道运输服务(COTS)和商业补给服务(CRS)等,积累了大量的航天数据,为其商业航天业务提供了宝贵的经验。

 

 

4.2.1 政府技术输送

 

SpaceX迅速发展壮大的一个重要因素是得到了政府的大量技术。例如,NASA将“阿波罗”登月和航天飞机研发的大量技术报告开放给SpaceX,SpaceX据此转化了大量成熟技术供自己使用。NASA将梅林发动机的全套技术提供给SpaceX,后者将其改造升级为“猎鹰”9号火箭上使用的梅林发动机。NASA还帮助SpaceX开发新的粘结材料以解决“猎鹰”9 一级火箭外壳防热层容易因低温而脱落的技术难题,为其可重复使用火箭这一目标扫清了重要技术障碍。NASA利用自身技术优势加强对SpaceX的技术指导, 通过直接派驻技术人员和专利转让等方式帮助其发展和验证关键技术。

 

 

4.2.2 高端人才引进

 

在SpaceX 公司管理层中,众多高管曾在大型航天企业或政府机构任职,具有丰富的管理经验和专业的技术水平。例如,现任SpaceX 公司总裁兼首席运营官的格温•肖特维尔,曾担任微观公司太空系统部门主管,当时主要负责低成本火箭的开发工作。2009 年6 月26 日,SpaceX宣布成立的宇航员安全和任务保证部,聘请了前NASA宇航员肯•鲍尔索克斯主管该部门并担任公司副总裁。这样的例子还有很多:美国最大发动机制造商汤普森•拉莫•伍尔德里奇公司(TRW)的液体推进专家汤姆•穆勒(Tom Mueller),他曾设计了世界最大的火箭发动机“灰背隼”1;波音公司的蒂姆•布萨(Tim Buzza),他曾担任“德尔他”(Delta)火箭测试主管;麦道飞机公司(McDonnell-Douglas Corporation)的克里斯•汤普森(Chris Thompson),他曾是“大力神”(Titan)火箭的首席设计师。

 

 

4.2.3 政府订单支持

 

不仅提供技术,输送人才,美国政府还为SpaceX提供了长期的大额订单。例如,SpaceX在2006年NASA推出的用于空间站人员和货物运输的COTS计划中获得了2.78亿美元的资金,以供研发运载火箭和飞船。2008年12月,SpaceX赢得了价值16亿美元的“商业补给服务”合同,为国际空间站分12次运输货物补给。2010年,SpaceX在NASA推出的“商业机组开发” (CCDev)计划中获得了7500万美元的资助,以供验证“龙”飞船的载人性能。正是在美国政府持续的订单资金支持下, SpaceX等民营航天公司得以茁壮成长。

 

05
对我国航天产业创新发展的启示
 
 

 

在我国现有的国情背景下,虽难以迅速出现如同SpaceX一样的巨型航天民营企业,但其在经营理念、管理模式、技术革新等方面的做法和经验, 对我国航天工业的技术推进和市场商业化,仍具有借鉴和指导意义。

 

 
5.1 创新立本, 努力发展自有核心技术

 

航天是一门知识、技术极度密集的行业,完全从头研究是几乎不可实现的,因此要善于利用已有成熟技术,并在此基础上不断创新,才能发展出有自己特色的航天技术并在该领域占据一席之地。这种创新既应包含独立自主的创新活动,也不应排斥合作创新,由此将国有企业的高度有序和民营企业的创新活力相结合。

 

一方面,实现自有技术的攻关需要技术创新能力。例如,目前研发成功于2020年送入太空的中国空间站就是创新能力重要性的又一证明。据悉,该空间站包含了多项自主创新核心技术,我国科研人员独创地研制了天宫一号作为交会对接目标,减少了飞船的发射次数。为提高技术创新能力,我国可以采取多种措施,例如培养高素质的高级航天领域人才,提升航天领域的技术转化能力,出台具体政策鼓励创新等等。

 

另一方面,实现航天领域的繁荣也需要商业模式创新能力。SpaceX的种种事迹都显示出其高超的商业模式创新能力,例如SpaceX首创拼单卫星发射方案、私人定制太空旅行等等。这些创新模式为航天企业带来了丰厚的利润、也带来了巨大的创新研发动力,提高了航天企业的活力。我国航天领域在军民融合的背景下,应充分鼓励各类企业进行商业模式创新,实现整个领域百花齐放的繁荣景象。

 

 

5.2 形成规范, 构建货架式产品体系

 

SpaceX的龙飞船采用的“人货同载”通用平台取得了成功,这也给我国的航天业提供了一条新的思路:发展通用化的航天产品和生产设备,在降低成本的同时还可形成通用化的规范。

 

例如,可以建立研发规范来引导研发人员在产品研发过程中尽量使用通用化产品和生产设备;可以建立研发设计库以供研发人员检索使用,从而避免重复研发;也可以经常组织相关培训,将降低成本的理念植根于研发人员脑海。此外,航天技术具有军地通用性强的特点,也就是说,军用技术也可转用或复用到民用领域,在此方面,可积极探索我国军民融合航天发展道路。

 

先进的规范和产品体系非朝夕之功,而是需要经过长时间的技术和管理经验的沉淀。我国航天机构有着自身的独特优势,经过一定时间的借鉴与成长,相信一定能在这些方面达到甚至超过发达国家航企水平。

 

 
5.3 强化竞争机制, 重视知识产权战略规划

 

中国的商业航天领域已逐渐兴起,未来将有更多的航天企业参与竞争。为了在未来的竞争中始终处于优势地位,我们应当重视知识产权战略规划、从顶层设计布局,逐步形成自己的专利储备、构建技术壁垒。这将有利于在未来的激烈市场竞争中保持自己的优势地位并获得重视知识产权的良好声誉。SpaceX早期“颠覆者”形象的营造、高性价比高端航天品牌的树立,马斯克对于SpaceX专利申请的一系列言论均在践行其特有的创新路径。

 

另一方面,中美贸易摩擦加剧,国内市场局势变化,知识产权越来越体现其重要性。例如在国家采购时,侵权产品将被一票否决。国军标《武器装备承制单位知识产权管理要求》的颁布,《专利法》修正案的颁布,都增加了对专利侵权惩罚性规定,体制内外对企事业单位的知识产权管理要求越来越高。

 

 
5.4 市场导向, 充分利用市场的资源调配作用

 

通过争取国家计划投资、财政拨款或以资本市场运作的方式, 拓宽融资渠道, 降低投资风险, 培养敏锐嗅觉, 研制具有良好市场前景的新产品, 加大航天技术的转化力度, 从而带动产业转型和技术升级。

 

尽管我国航企大多数为国企,但是我们仍然可以在严格遵守中国法规政策的情况下,进行一定程度的商业模式创新。例如,对于具有良好市场前景但缺乏资金的民用项目,除了国家财政以外,可以通过资本市场融资或技术转化来获得资金。此外,重视军民融合,积极拓宽航天成果应用渠道,适当打破军用、民用的壁垒,所得收益可再投入研发和生产。

 

总之,适当地以市场为导向,优化资源配置,加大技术转化力度,将会有利于军民融合,给我国航天企业带来更多机遇与活力。

 

 
5.5 重视国际国内合作,融入双循环市场环境

 

加强与国内外同行的交流合作,学习先进的技术和管理经验,努力提高我国航天企业的技术和管理水平,打造开放式的航天发展新格局。

 

例如,定期举办与国内外同行的交流活动,积极交换并汲取成功经验,打造高校、院所、企事业单位、国内外同行的创新产业圈、生态链;与合规的国内外企业进行合作研发,例如通过成立合资公司来共同研发并共享研发成果。另外,还应当重视国外航天市场,尤其是第三世界的航天市场,在这些外国市场中站稳脚不仅可以获得丰厚的利润,更重要的是通过参与国际竞争,可促使中国航企不断自我优化,从而极大地提高我国航企的核心竞争力。

 

经过几十年的高速发展,中国的经济和科技实力已今非昔比。国内航天产业也正蓬勃发展,向着新的里程碑前进。加强国内国际合作,展现中国航天优质品牌实力,是一件顺理成章而又大有裨益的事情。笔者相信,在融入国内大循环国际双循环的进程中,中国航天将在科研、管理、人才、文化等多方面受益无穷。

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