从可回收火箭到 AI 向善：独家专访 SpaceX 前核心工程师 Keenan Johnson

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本期 Robin.ly 专访特邀 SpaceX 前核心控制软件工程师、 远程电动飞机制造商 Impossible Aerospace 前工程主管 Keenan Johnson，分享他独特的航空航天技术开发经历，以及在人工智能领域实现科技向善的新探索。

Keenan Johnson 在美国硅谷接受 Robin.ly 专访

Keenan Johnson 早先就职于美国国家航空航天局（NASA），负责卫星推进系统的新技术研发，并参与实现了在微重力环境下的心肺复苏术。随后他在 2013 年加入 SpaceX，作为核心软件工程师和任务控制员参与研发了世界上第一个可回收的轨道级火箭 Falcon 9。Keenan 之后在美国远程电动飞机制造商 Impossible Aerospace 任工程主管，带领团队致力于实现航空运输电动化，终结煤油驱动时代。Keenan 目前正在进行独立的机器人项目开发，希望利用人工智能技术帮助视障者轻松阅读、并推动气候变化和可再生能源的儿童普及教育。

加入 SpaceX

Margaret Laffan：2014 年从密苏里大学毕业后，为什么选择加入 SpaceX？当时看到了什么机会？

Keenan Johnson:

我一直希望有机会参与世界上最艰巨的工程，也就是航空航天。在 SpaceX 成立的早期，这个领域除了 NASA 和一些大型国防承包商，其他的公司还很少，没人知道航空商业化的前景如何。不可否认的是，太空探索行业已经为人类做出了很多贡献，我也很期待这样的挑战。

SpaceX 的主要技术突破

Margaret Laffan：你加入 SpaceX 之后，在 2013 到 2014 年期间，SpaceX 实现了重大的技术突破。在你看来是什么因素促成了这一飞跃？

Keenan Johnson:

我加入 SpaceX 的时候，他们刚刚完成了猎鹰 9 号大型火箭的第四次发射。当时公司现存的火箭数量始终都维持在一枚，大约一年半左右发射一次。在我离开的时候，工厂里的常备火箭数量已经达到了七八枚，制造一枚新火箭的周期只需要两周。我认为有很多因素促成了这段时期的快速增长。首先，有很多人开始对 SpaceX 充满信心，我们的客户越来越多，火箭产品的市场逐渐打开了。其次，我们拥有了非常强大的工程和生产团队，已经能够满足我们对技术上的各种需求。

Keenan Johnson 与 SpaceX，来源：Keenan Johnson

Margaret Laffan：能介绍一下火箭发射的具体过程吗？

Keenan Johnson:

人们经常说新产品“发布”，实际上“发布”这个术语就来源于火箭的“发射（launch）”。因为新产品发布就如同火箭发射一样激动人心。

我在 SpaceX 前期工作的主要任务就是编写和执行火箭发射的软件。火箭发射是一个非常漫长的过程。在发射前三四天准备工作就已经展开，我们要对火箭进行最后一次检查，而发射倒计时提前 30 小时就开始了。我所在的任务控制团队，负责在控制室监测各种屏幕和数据，确保一切正常。在很长一段时间里，大家都在紧张的重复非常枯燥的工作，气氛凝重，直到火箭发射成功。

我们平时观看火箭发射都会觉得这是一个比较简短的过程，但如果你真正参与了这个过程就会知道，火箭升空后还要经历一系列关键的分离阶段，整流罩脱离，最后发射卫星。火箭腾空后大约 10 分钟到 1 个小时的时间内，大家都在屏息凝神。在确认已经成功的把搭载的卫星送入太空的预定轨道后，这个过程才算告一段落，所有人才能松一口气。

来源：Keenan Johnson

猎鹰 9 号可回收火箭

Margaret Laffan：你在 SpaceX 的一个主要贡献就是改进了猎鹰 9 号，将一次性的火箭升级为每年可以重复发射 10 次的可回收火箭。你认为在技术上最具挑战性的部分是什么？在 SpaceX 期间哪些时刻让你最难忘？

Keenan Johnson:

我们在开始具体的行动之前就要做好一些决定。首先，很多火箭使用的是固体火箭发动机，其本质就决定了这种火箭只能发射一次。其次，对于当时的许多液体燃料火箭，其引擎也只能点燃一次。这样的引擎更可靠，但也同样无法重复使用。所以我们在最开始就做好了迎难而上的准备。

我认为更大的挑战其实是软件方面。当我们得到第一个回收火箭时，它看起来状况良好。但是如何确定这套装置还能不能二次使用？其中很多工作是通过自动化测试来确定的，比如通过从飞行中得到的所有阀门的数据来判断阀门是否依然可以正常工作。与以前其他机构发射过的火箭相比，我们的火箭配备了更完善的硬件设施，拥有最多的数据。当然我们也要考虑如何处理这些数据。

对我来说，最难忘的是看到第一枚火箭返回。要想降低火箭发射的成本，返航并顺利着陆是最关键的因素。大家都认为火箭回收犹如天方夜谭，不过是一个美好的设想罢了。然而我在佛罗里达的控制中心亲眼见证了完全自动化的火箭发射和回收过程。在漆黑的夜空中，我看到了返回的引擎重新点火，火箭带着刺眼的亮光降落在远方的树丛后面，消失在我们的视线中，伴随着震耳欲聋的轰鸣声。当时我还以为火箭在落地的时候爆炸了，心想完蛋了，之前的辛苦又白费了。但后来我在控制室的监视屏上看到火箭正完好无损的树立在着陆垫上。那简直是最完美的时刻，让我热血沸腾，终身难忘。

为了这个时刻，我们不仅设法解决了上一次导致火箭爆炸的问题，还攻克了很多新的技术难关。整个过程花了好几年的时间，我要在不同的城市之间来回奔波。对我来说，这是特别紧张的一年，但也是最有意义的一年。

加入 Impossible Aerospace

Margaret Laffan：在离开 SpaceX 之后，你加入了 Impossible Aerospace。当初为什么做这个决定？后来又做了那些有趣的工作？

Keenan Johnson:

我对气候变化很感兴趣。虽然在 SpaceX 的工作也间接的对气候变化做出了积极的贡献，但我更希望能从根源上解决这个问题。在很多导致气候变化的因素中，飞机是很重要的一环。大多数小型飞机仍在使用含铅燃料，而大型飞机的二氧化碳排放量也不容忽视。人们早已开始着手从地面上解决气候问题，比如电动汽车，但是对于空中的交通工具，人们还没有很好的应对策略。

所以我们在 Impossible Aerospace 就开始着手研发全电动的飞机，在这个过程中要考虑到很多关键的问题。比如，如果用电池代替油箱，会大大缩短飞机的飞行时间，这是因为目前的电池技术还远不能满足电动飞机的要求。我们在 Impossible Aerospace 也尝试过在飞机上多安装一些电池，但是其中的困难除了技术，还有安全方面的顾虑。全球的大型航空公司都在等待续航时间更久的电池出现，然而这是一个非常漫长，且对技术要求极高的过程。通常，更长的飞行时间和更高的运载量只能二选一。对于大多数商业航班来说，它们本可以飞得更快，但是往往都会刻意放慢飞行速度以节省燃油。

Margaret Laffan：Impossible Aerospace 的商业化目标是什么？目前的进展如何？

Keenan Johnson:

Impossible Aerospace 的目标首先就是要制造规模可以比肩 787 机型，且功能完备的实用型全电动飞机。但是当时我们只有三个人，也没有足够的资源和资金来建造这样的大型飞机。而且就算我们真的制造出了这种大型电动飞机，联邦航空管理局（FAA）也很可能不会批准认证。那么有没有曲线救国的方法呢？在研发新产品时，有一个大家比较熟知的概念叫“最简可用产品（Minimum Viable Product, MVP）”。那么对我们来说，最简可用产品是什么呢？那就是小型无人机。于是我们研发了一种无人机“ US-1”，目前已经在市场上面向消费者出售。我们的无人机一次充电最多可以飞行两个小时，比目前很多只能持续飞行 20 分钟的无人机续航能力更强。

在这个过程中，我的经验和体会是，一个优秀的团队的重要性并不亚于技术上的创新。例如，我们看到类似波音和空客这样的巨头占据了庞大的资源，几乎可以在研发环节投入无限的资金。但是如何才让一群富有创造力的人去合作完成一个困难的任务，而且确保这个问题在一段时间内是可以解决的，这就要费一番脑筋了。

无人机“ US-1”，来源：Keenan Johnson

电动飞机商业化的挑战

Margaret Laffan：你认为航空航天领域产品的商业化面临着哪些挑战？整个商业化的过程大概需要经历多长时间？

Keenan Johnson:

我认为最大的挑战久是安全性的认证和监管。航空是世界上管制最严格的行业之一，可能仅次于医疗行业。因为航空的发展历史是用前人的鲜血书写的，每一次失误的代价都非常高昂，所以我们对失误的容忍度很低。也正因为如此，自问世以来，飞机的生产方式就是一成不变的。我们该如何在设计上实现创新？近几年，包括 Impossible Aerospace 和 Lilium GmbH 之类的一些公司在做飞行汽车的概念，我们都在以不同的方式进行创新，但是如何在创新的同时保证安全性，依然是我们面临的一个关键问题。

从历史上看，大型企业推出一架新飞机平均大约需要七年，但是我认为在某些方面可能存在一些捷径，例如，无人机和自动货运飞机的失误代价要比客运飞机小，可以优先开发；在这类技术成熟之后，就可以考虑开发大型客运飞机，但是这个周期要长得多。

未来的计划

Margaret Laffan：你目前有什么具体的研究或者商业计划吗？

Keenan Johnson:

好在 Impossible Aerospace 的进展比较顺利，让我得以有时间去休假，或者专注于其他一些我认为很重要的问题。我现在正在研究几个概念。一个是涉及能源和气候变化方面的儿童教育，让孩子们从小就对诸如为手边的一台电子设备充电大概需要多长时间，如何缩短充电的时间有一个大致的概念。在这些小事上的改进也会对世界的能源状况产生积极的影响。还有一个概念是机器人技术和人工智能，我的很多知识和技能在这些领域也派得上用场。现在大家都很重视个性化教育，我认为进行个性化学习最好的方法之一就是通过语音。声音对于孩子来说非常直观，我们可以把声音作为一种有趣的媒介来给孩子传达一些抽象，比较难理解的概念，比如能量。我认为 AI 语音技术有可能帮助我们实现个性化的教学。

视障者阅读助手-翻页器，来源：Keenan Johnson

对未来的预测

Margaret Laffan：展望 2020 年，你认为我们在航空航天和机器人领域会取得什么样的进展？

Keenan Johnson:

我认为我们将看到各种以自主系统和机器人技术为核心的新兴产业，因为智能系统和机器人可以在现实中帮我们完成很多物理上的工作，例如自动驾驶、飞行汽车、送货服务，甚至外科手术。但是我们暂时还没有建立合适的语言或者概念帮助人类与这些系统建立信任。例如，我们在过马路时看到一辆汽车迎面而来，可以通过与驾驶员进行目光交流来确认驾驶员是不是看到了我们。但是如果换成无人车，我们就没办法判断这辆车是不是“看”到了我们。这类自主系统要如何向人类传达自己的决策和行为？要解决这个问题，我认为各行各业需要在探讨这些系统的信任度和可靠性方面，在语言和词汇上达成共识，合作加强人机沟通。目前在工业界，我们已经为 80% 的硬件和软件方面的问题提供了解决方案。人们开始更多的关注这些机器人系统的设计优化。我认为 2020 年将是汽车，医疗设备，航空航天等各类行业融合信息和统一智能化标准的开端，各行业通力合作注定会加速技术的发展和完善。

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