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汤姆·穆勒

SpaceX发动机工程
章节来源: 15 · 16 · 22 · 23 · 30

汤姆·穆勒

SpaceX 首席推进工程师,默林发动机(Merlin)的主要设计者。书中出现75次,是 SpaceX 火箭项目的技术核心。


出身:伐木村里的火箭少年

穆勒的家乡圣玛丽斯,是加拿大边境以南约100英里的一个只有2,500人的伐木小村。父亲是伐木工,穆勒从小就在伐木卡车上使用焊接机帮父亲干活。

“自己上手才知道什么好用、什么不好用。” ——穆勒

他身材颀长、肌肉发达、面带酒窝,有一种新一代伐木工的粗犷气质——但他像马斯克一样好学,喜欢泡在当地的图书馆里,醉心于科幻小说。

中学时,他把蟋蟀放进一个火箭模型,在家后院发射,想看看加速度会对蟋蟀产生什么影响。结果降落伞没打开,火箭坠地,把蟋蟀摔死了。——但这次失败没有阻止他,反而让他开始通过邮购买火箭套件,后来干脆自己从头制造。

这个项目让他赢得了当地科学展的二等奖,并入围了在洛杉矶举行的国际决赛,第一次坐飞机出行。


在TRW的岁月:65万磅推力的发动机

穆勒在爱达荷大学期间利用暑假和周末做伐木工,成绩不算拔尖,但热情极具感染力。毕业后搬到洛杉矶,凭借热情进入了航空航天领域的重镇——TRW公司

TRW制造的火箭发动机曾将尼尔·阿姆斯特朗和巴兹·奥尔德林送上月球。穆勒在那里研究的是TR-106发动机,推力高达65万磅

然而TRW的文化让他窒息——谨小慎微、规避风险,把大量时间花在文书和审批上,而不是真正的工程探索。他渴望在真实条件下造出一台发动机,而不只是填写申请表。

周末,他会去莫哈韦沙漠与反应研究学会的成员一起测试自制的大火箭。在那里,他与朋友约翰·加维合作,打造了世界上最强大的非专业火箭发动机,重量达80磅,推力1.3万磅。


被马斯克找到:超级碗那个周日

2002年1月的一个周日,穆勒正在一个租来的仓库里用肩托着那台80磅重的发动机,想把它固定在框架上。这时,朋友约翰·加维提到,一个叫埃隆·马斯克的互联网大佬想见见他。

马斯克带着贾丝廷来到仓库。穆勒肩扛发动机,马斯克开始连珠炮提问:

  • 它有多大推力?1.3万磅。
  • 你造过更大的东西?在TRW做过65万磅的TR-106。
  • 推进燃料是什么?
  • 你能不能自己造一个那样大的发动机?
  • 这得花多少钱?TRW做这个要1,200万美元。

马斯克又问了一遍:“多少钱?“穆勒说:“天啊,这个问题不好回答。“——他对谈话推进到具体细节的速度感到惊讶。

穿着皮衣的贾丝廷碰了一下马斯克,说他们该走了。马斯克问穆勒下周日能不能再见一面。穆勒不太乐意:“那天是超级碗周日,我刚买了一台宽屏电视机,想和朋友一起看比赛。” 但他感觉反对无效,同意了。

“我们大概只看了一轮进攻,因为后来我们全都在讨论如何打造运载火箭。”

就在那个超级碗下午,几位工程师朋友围坐在一起,为SpaceX第一枚火箭擘画了蓝图。他们决定第一级火箭使用液氧和煤油的发动机——穆勒说:“我知道怎么能轻松搞定这些。“


为什么选液氧+煤油(RP-1)

这不是随意之选,而是经过工程权衡的决定。

穆勒建议过四氧化二氮,马斯克认为成本太高。固体燃料虽然简单,但推力调节困难,无法实现发动机关机和重启——这对于可回收来说是致命弱点。

液氧(LOX)+ 煤油(RP-1) 的优势:

  • 穆勒在TRW有丰富的实操经验,知道系统的极限
  • 比冲(比推力)高于固体燃料
  • 两种燃料的供应链成熟,成本可控
  • 适合泵压式发动机,有利于后续可回收设计

这是一个”我知道怎么做”驱动的选择,而不是理论最优解——这正是SpaceX能快速推进的原因。


成为SpaceX第一个重要雇员

马斯克希望穆勒来担任SpaceX推进部门的负责人,设计发动机。穆勒对TRW的文化早已心存不满,征求妻子意见后,她告诉他:

“你要是没去做这个,早晚你得后悔死。”

于是穆勒成了SpaceX的第一个重要雇员

不过他提了一个条件:马斯克要将穆勒两年的薪水交由第三方托管。穆勒不是互联网有钱人,不愿意承担被拖欠工资的风险。马斯克同意了,但从此在心里将他定性为”雇员”而非”联合创始人”——这个分歧贯穿了他们之后多年的合作关系。

“你不能一边要求把两年的工资托管起来,一边还觉得自己是联合创始人。想成为联合创始人,必须在付出聪明才智、辛勤耕耘的同时勇于承担风险。” ——马斯克


默林发动机的命名

马斯克让穆勒给发动机起名,说要一个”很酷的名字,而不仅是字母和数字”。一位承包商的员工是驯鹰者,她列出了各种猛禽的名称供他们挑选。

穆勒为猎鹰1号第一级发动机选择了”灰背隼(Merlin/默林)“,第二级发动机选择了”红隼(Kestrel)“。


成本颠覆:NASA的100倍差距

当SpaceX开始生产第一批默林发动机时,马斯克问穆勒这东西有多重,穆勒说大约1,000磅。马斯克立刻拿来类比:

“特斯拉Model S的引擎重约4,000磅,制造成本约3万美元。如果特斯拉的引擎重量是你的发动机的4倍,为什么你的发动机要花那么多钱?”

这种成本追问模式彻底改变了SpaceX的采购逻辑。他们遇到一个阀门,供应商要价25万美元,马斯克说心太黑,让穆勒团队自己造——几个月内以极低成本完成

另一家供应商提供驱动器报价12万美元,马斯克说这不比车库门开关复杂多少,要求工程师以每个5,000美元的成本造出来。

几年后,SpaceX在内部完成了70%的火箭零部件制造,这是航天工业中前所未有的垂直整合程度。


欧姆雷克岛:太平洋荒岛上的火箭实验

SpaceX将发射场搬到了马绍尔群岛的夸贾林环礁,发射台在20英里外的欧姆雷克岛——宽约700英尺,无人居住,乘坐45分钟游艇才能到达,日照强烈,清晨穿T恤也会被晒伤。

SpaceX在那里搭了一辆拖车当办公室,浇筑了混凝土发射台。一些工程师直接睡在岛上,拖车里有几张床垫、一台小冰箱和一个烤架。气氛”介于情景喜剧《盖里甘岛》和真人秀《幸存者》之间,不同点在于这里有一个火箭发射平台”。

为了省钱,他们没有铺设150码的轨道,而是设计了一种带轮子的吊架——在地上铺胶合板,推着吊架前进几英尺,再挪动胶合板铺到前方,如此反复将火箭运到发射台。

多年后马斯克自嘲道:

“你要是想降低发射成功的概率,那就一定要到鸟不拉屎的热带岛屿上搞火箭。”

但首席发射工程师科尼格斯曼的评价更有温度:

“在夸贾林岛上的那四年锻炼了我们,让我们变得更加团结,也教会了我们怎样作为一个真正的团队去开展工作。“


马斯克的疯狂时间表与穆勒的智慧

穆勒提出了一个他认为”尽快实现发动机的某个版本”的时间表。马斯克一看,要求砍掉一半时间。穆勒反对——这时间表已经是他砍了一半之后的结果了。马斯克让他会后留下来,单独说:

“你还想不想继续负责发动机方面的工作?那我要什么,你就得做到!”

穆勒同意,干脆把时间表又砍了一半。结果如何?

“我们最终开发出来的用时与我们最初的时间表基本一致。” ——穆勒

这就是穆勒的智慧:在马斯克面前,永远不说不

“我学会了一点,永远不要跟他说不。就说你要去尝试,如果不成功,以后再解释原因。” ——穆勒

但穆勒并不是一味顺从的人。他也看清了这种管理方式的双刃剑效应:

“如果你设定了一个跳一跳就够得着的目标,大家会认为有可能完成,就会付出额外的努力。但如果你塞给他们一个地球人根本达不到的目标,工程师都不傻啊,你从一开始就会让大家备受打击。这是埃隆最大的缺点。”

尽管如此,他们最终的成就是不可否认的:

“尽管我们没能达到埃隆制定的大多数时间表和成本目标,但我们仍然打败了所有同行。我们开发了史上成本最低、性能最棒的火箭,而且最终结果会让我们备受鼓舞,即便老大对我们并不总是很满意。” ——穆勒


迭代即文化:炸毁是为了重来

穆勒和布扎持续推进发动机,推到它解体,然后说:“好,现在我们知道它的极限在哪了。“这种迭代哲学彻底颠覆了传统航天工业的”零失败容忍”文化。

“你不需要完美地规避多少问题,关键是你能多快找出问题,然后解决它。” ——穆勒

他们甚至无需遵守军方和NASA关于发动机测试次数和时长的繁琐规格要求——SpaceX是私营公司,马斯克的原则是:只要制造一个发动机,点火,如果能工作,就装在火箭上。


猎鹰1号第一次发射(2006年3月24日)

发射后25秒,穆勒第一个发现问题:

“哦,该死!火箭正在失去推力。“


与马斯克的关系:信任与边界

穆勒是极少数能对马斯克说”不”并被认真对待的人,但他的策略更多是绕过正面冲突——用”我去尝试”代替”我做不到”,用行动结果来反馈真实情况。

马斯克信任他的工程判断,但始终在推他走向更快、更省。穆勒在这种张力里找到了自己的位置:承压而不崩溃,妥协而不丧失专业判断

他们的关系有些像是两个都懂火箭、但哲学根本不同的人:一个相信疯狂的期限会逼出奇迹,另一个相信扎实的工程比任何期限都重要。而历史证明,他们都是对的。


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