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综述同样的东西,价格为什么差别这么大?中国北斗卫星上一颗芯片成本高达900万美元,单美国的SpaceX公司用几百美元就能搞定同类产品!这可不是网络流传的小道消息,而是出自北斗卫星系统总工程师林宝军之口。
究竟是是中国制造太贵?还是美国有什么降本黑科技?其实,这个看似不可思议的差距背后,隐藏着两国在航天领域截然不同的策略与思维方式。
航天级芯片为什么贵?要搞清楚这个问题,首先得知道航天级芯片和我们平时用的普通民用芯片有什么区别。像我们手机,电脑里用的那些普通芯片,运行中最大的问题不过是发热和电磁干扰。
但航天级芯片的运行时遇到的问题可没这么简单,它们要在太空中工作,面对的是极端的温差,无处不在的宇宙辐射,还有那些疯狂的高能粒子轰炸。比如,辐射会让芯片内部的电子发生跳变,它会随机改变芯片内部的“0”和“1”,导致数据错乱甚至系统崩溃。
而且,这种错误不是一时的——在某些情况下,辐射还会造成芯片的永久损坏。为了对抗这种影响,航天级芯片必须具备非常强的抗辐射能力,这就需要在设计和制造上进行大量的技术加固,这些设计会大幅度提高了芯片的可靠性,但也相应地提高了成本。
生产方面,不同于普通消费级芯片,每一颗航天级芯片从生产到合格出厂,往往要经过几百小时甚至几千小时各种极限环境的模拟测试和验证,而每一个环节的失败都可能让前面的努力前功尽弃。这样“挑剔”的筛选过程不仅耗费大量时间,也使得成本居高不下。
此外,航天级芯片市场的特殊性也推高了价格。与消费电子市场动辄数百万颗的出货量相比,航天应用中的芯片需求非常小,甚至可能每年只需要几千颗。由于量少,定制化强,生产厂家无法依靠规模效应摊薄成本,反而要承担更多的研发,测试和库存费用。
原来每一颗航天芯片背后竟藏着这么多复杂的门道,那北斗卫星的芯片成本高达900万美元也就不奇怪了。
SpaceX的“降本大法”那SpaceX公司的芯片为什么便宜到只有几百美金的白菜价呢?与传统的航天企业不同,马斯克是一个不喜欢循规蹈矩的人,他并没有选择昂贵的航天级芯片,而是大胆采用了普通的民用芯片。
这时你肯定想问:民用芯片的水准,怎么能用在航天器上呢?但SpaceX却有着自己独特的策略。比如,SpaceX研发的“猎鹰9号”火箭,上面装配了3台双核X86计算机,工作时,3颗芯片会分别进行计算,计算完再对比结果。
如果其中一颗芯片的结果和另外两颗不一致,那这颗芯片就会被重新启动,直到计算结果一致为止。这样,即便有一颗芯片受到辐射影响,整个系统也能通过冗余设计继续保持正常工作。
以目前载人飞船使用的星载计算机和控制器为例,每一个控制器的成本大约是500万元人民币。整个飞船上共有14个这样的系统,并且为了确保高度可靠,每个系统都采用了1+1的备份模式,总共需要28个控制器。这样一来,整体的控制器费用高达约1.4亿元人民币。
但SpaceX通过其独特的“降本大法”,使得龙飞船主控系统的芯片组仅花费了约2.6万元人民币,成本相比传统方案足足降低了5348倍!
除了芯片选择上的差异,SpaceX的另一大法宝就是“自己动手,丰衣足食”。与传统航天公司不同,SpaceX并不依赖外部供应商来提供昂贵的零部件。他们有一支庞大的内部生产团队。
比如,以往火箭上的一个关键阀门,供应商的报价可能要50万美元,交货期还得等一年。SpaceX的工程师直接决定自己设计和制造,不仅交货快,成本也只需要几千美元,更重要的是SpaceX能随时调整设计,进行快速迭代。
正是靠着这种独特的灵活性,SpaceX才大幅降低了成本,成功实现了“花小钱办大事”。
第三种模式肯定有人想问:我们中国能否效仿SpaceX的模式,依靠商业航天来降低成本呢?答案是:目前很难。为什么呢?因为马斯克带领SpaceX取得成功,不仅仅是个人的奇迹,更依托于美国强大的航天工业体系和商业环境。
美国的商业航天有NASA的全力支持,有大量的资金投入,丰富的航天技术储备,还有灵活的资本市场与众多私人企业的合作机会,这些条件缺一不可。而这些资源,恰恰是目前中国在民营航天领域所缺乏的。
在中国,虽然近年来商业航天公司有所涌现,但市场和资本还远没有形成足够的规模。我国不像美国那样有大量成熟的航天基础设施和技术人才可以“溢出”给民营企业, “国家队”依然占据主导地位。因此,指望中国的民营航天公司靠自身力量快速成长,显然不太现实。
然而,这并不意味着我们只能固守传统的“举国模式”。近年来,随着中国商业航天的不断发展,一种更符合中国国情的“第三种模式”已经初见端倪。
该模式的核心是“混合所有制”,即国企和民企结合,充分利用国有企业的技术优势和资源,同时发挥民营企业灵活高效的优势。
该模式目前已经有了成功的案例,中科院旗下的中科宇航就是这一模式下运营,不仅拥有国有科研机构的强大技术支持,还具备市场化运作的灵活性,并在2022年成功完成了旗下ZK-1A火箭的首飞。
结尾中国的航天项目依赖于国家的巨额投入,肩负着国家战略的重任,而SpaceX则是依靠私人资本和灵活的商业模式。这种差异自然也导致了两者在成本上的巨大不同。
随着中国民营航天企业的崛起,航天领域的市场机制逐步完善,未来中国也有可能诞生自己的“SpaceX”,走出一条与美国截然不同,极具中国特色的商业化航天之路。或许到那时,中国的航天成本也能像SpaceX一样低廉,甚至创造出属于我们的商业奇迹。
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主要是国家花钱。