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2003年2月1日美国时间上午9时，美国“哥伦比亚”号航天飞机在得克萨斯州北部上空解体坠毁，7名宇航员全部遇难。事故发生后，美国国内关于航天飞机技术路线是否正确、NASA的权责如何划定等问题的争议鼎沸。2004年，时任总统小布什提出名为“太空探索愿景”的一揽子计划，让舆论争议暂时搁置，计划中提到的比较重要的几项有2010年航天飞机退役、星座计划
立项，此外还重申了NASA的深空探索目标。
航天飞机退役是一件让很多美国人感情上难以接受的事，它意味着今后往返国际空间站，需要依赖俄罗斯或其他国家的运输工具。即使最大限度地租用他国运力，美国每年仍至少有14732千克的加压货物运输需求和5600千克的非加压货物运输需求没有着落。
事实上，美国人也一直在尝试开发比航天飞机成本更低、可靠性更高的替代产品，但都以失败告终。很多人将失败的原因归咎于技术，因为当时NASA的新材料、电子、计算机、生物医学等技术正在从国际领先地位跌落，亟待创新，但是白宫官员却认为其中另有原因。参与制订太空探索愿景计划的白宫科技政策办公室高级政策分析师布雷顿·亚历山大说：“尽管表面上看技术是主要因素，但白宫清楚这不是根本原因。”
白宫官员所说的“另有原因”，主要指向当时的体制机制问题。NASA传统的计划任务承包模式和端着“铁饭碗”的承包商们，很难开发出既可靠又便宜的航天器。布雷顿·亚历山大认为，NASA应该专注探索更远、更深的太空领域，因为这类任务更需要政府持续不懈地投入支持。他建议将“离钱更近”的近地轨道业务转交给商业化公司去开拓，以便NASA将精力从这一领域解放出来。
NASA也正有此意。根据NASA的计划，国际空间站退役后，NASA将专注于让人类的足迹从近地轨道拓展到绕月轨道，而无论是从政治意义还是科研价值来看，继续在近地轨道上耗费精力已经意义不大。于是，NASA希望向私营企业开放近地轨道领域，将这片之前由政府掌控的区域，变成发展航天商业的试验田。NASA同时提出，过去在航天领域积累的技术，可以通过有偿等方式转让给私营企业，为其发展近地轨道业务作铺垫。
2005年，迈克尔·格里芬在时任美国副总统切尼面前宣誓就任NASA局长，这是NASA历史上少有的高规格礼遇。外界传言格里芬是带着总统的意图就任的，主要任务就是推动美国的航天商业化。然而，NASA内部并非铁板一块。虽然格里芬背后有总统和国会相当一部分人的支持，但发展商业航天依然阻力重重。
其实，美国白宫管理和预算办公室早在2000年就已经立项，推动NASA向市场化公司以服务采购方式购买太空运输服务，但直到格里芬上任时，该项目仍然处在无休止的调研和讨论中。格里芬赴任后，立刻着手筹备在NASA内部建立扶持商业航天的火星基金（Red Planet Capital）。根据格里芬的规划，这只基金将由一家非营利性质的风险投资机构运营，计划五年内由NASA拨款7500万美元，旨在向初创期的航空航天与生物医学公司提供投资。这只基金也是继美国中央情报局和陆军之后美国政府进行的第三次政府风险投资实验。由于此前格里芬担任过美国中央情报局出资的高科技风险投资公司In-Q-Tel
的总裁，因此在一定程度上，格里芬希望能将火星基金发展为“航天版”的In-Q-Tel。
然而，因为陷在了“行政的束缚之中”，这只基金仅维持一个多月就宣告夭折。出师不利的格里芬并没有灰心丧气，而是将更多精力放在COTS、CRS、CCP三大项目上，希望研究出一种更适合航天领域的创新合作模式。
彼时NASA正深陷巨大困境：不仅是自身创新机制失灵，投资方式的改革尝试也陷入泥潭。一方面是项目预算不断被压缩，另一方面是洛克希德·马丁、波音公司这样的垄断承包商成本居高不下——预算裁减让承包商不得不以拖延交付、巧立名目等手段从研制费中赚取利润，NASA对承包商的“敲竹杠”忍无可忍，双方的冲突越来越频繁。
之所以出现承包商“敲竹杠”，根源还是在“成本加成定价”（cost-plus pricing）这一传统合作模式上。在开发过程中，承包商会产生成本超预期、延期交付等各种“意外”，而按照成本加成定价模式，NASA仍然需要对超出预算的部分进行支付。2005年，洛克希德·马丁和波音公司成立美国联合发射联盟公司（ULA）后，由之前的两家垄断变成了一家垄断，更有利于抬高价格。
事实上，不仅NASA认为改革势在必行，传统承包商也觉得这样的模式不可持续。2008年，正因洛克希德·马丁公司内部改革而焦头烂额的首席执行官诺姆·奥古斯丁（Norm Augustine）也意识到需要引入鲇鱼来激发公司的创新活力，随之向国会提交了著名的“奥古斯丁报告”，提议把近地轨道的太空运输完全开放给市场，让各类商业化公司都能充分参与竞争。这份报告提交之后，一度在国会引发激烈争论，被称为“国会山上的一场圣战”。
更让NASA无法忍受的是，俄罗斯人也加入了“敲竹杠”的行列，其中“联盟号”载人飞船对NASA的报价从2011年的2770万美元/席，一路飙升到了2018年的8100万美元/席。此时，NASA已经被强烈的危机感所包围，极度“内卷”的NASA迫切需要建立一套全新的合作模式，扶持能够取代传统承包商的新伙伴。
商业轨道运输服务项目（COTS）是NASA在商业化改革过程中的第一块试验田，也是截至目前最为人称道的项目之一。SpaceX总裁兼首席运营官格温·肖特维尔（Gwynne Shotwell）曾经在媒体上对COTS表示由衷感谢：“这里既是SpaceX，也是NASA。没有NASA，我们会一瘸一拐地前进，而不是奔跑。”
在NASA的三个商业化项目（COTS、CRS、CCP），乃至后续的“阿尔忒弥斯计划”中，COTS是第一个立项，也是最具有开创性意义的一个。正是这个项目，成为使SpaceX咸鱼翻身的转折点。
刚开始竞争COTS时，SpaceX只是一家初创公司，并且刚刚经历了猎鹰1号火箭的首发失败。2006年立项的COTS，早期也仅是作为航天飞机和星座计划的备份方案存在，但结果却给了美国航天界一个巨大惊喜——双方团队高效协作，联手跑完了COTS累计40个里程碑，在成本和效率上都大大超出预期。COTS一战成名，连美国五角大楼、国防部高级研究计划局（DARPA）、国土安全部等机构都纷纷前来取经学习。
对于NASA来说，通过COTS这块试验田，开辟出了一套全新的政企合作模式。这个模式也并非完全原创，而是借鉴吸收了五角大楼和硅谷的改革创新经验，概括来说主要有两条：
一是以竞争性招标取代了传统指令性科研计划。
五角大楼与海军合作开发F-35“闪电II”战斗机时，让波音和洛克希德·马丁两个主承包商分别独立开发样机，然后进行飞行比测，赢家获得最终订单。有海军工作经验的NASA前副局长克雷格·斯泰德尔（Craig Steidle）少将把这套竞争性招标采购的工作经验带到了NASA，用在了航天项目上。用订单合同取代科研投资，意味着承包商花出去的每一块钱都要由自己承担，倒逼他们采取各种办法降低成本。此外，为结果买单也比为过程付费让甲方心里更加有底。
2019年，美国国家科技政策研究中心发布的《政府太空战略投资的效用评估》中写道：“航天产业周期长、难度大、成本本身就比其他行业高，把需求提得太具体、太全面，加上按成本加成付款，会使企业的开发成本居高不下、周期延长，并且遏制创新。”报告还指出，不应该由政府出面组建国家层面的太空战略投资基金，培育商业航天市场的最佳方式是“基于总体解决方案的合同制”。
二是借鉴硅谷风险投资模式，开创了里程碑制度。
NASA还开创了“按阶段成果付费”的里程碑制度，这个灵感缘于硅谷风险基金投资企业的方式。时任NASA局长格里芬曾担任In-Q-Tel高科技风险投资公司的总裁。在执掌In-Q-Tel期间，格里芬扶持了众多硅谷初创企业，深谙风险投资的经营规律，甚至包括马斯克最初创办SpaceX的时候，也曾受到格里芬的点拨。
格里芬最初创立火星基金的意图，是建立一只NASA版的In-Q-Tel来扶持商业航天企业。火星基金夭折后，格里芬意识到航天领域的改革创新和其他领域有所不同，于是选择了折中方案，借鉴风险基金投资企业的方式设计了阶段性激励制度，但主要计划仍然由NASA统筹部署。这一举措既能保证重大任务围绕国家意志展开，又让NASA的管理者们不用再陷入具体的研发过程中，同时还对承包商拥有更强的约束力。NASA从一个行政性科研机构逐渐转型成一个监督任务、分期付款的“包工头”，里程碑制度就此诞生。
所谓里程碑制度，即把总体解决方案拆解为几个一级里程碑和数十个二级里程碑，根据每个里程碑完成进度付款给企业。在拆分每个里程碑的付款金额时，NASA也会适当考虑对企业的阶段性激励。NASA在里程碑的指标体系中不仅设定技术、产品的里程碑，还设定了关于企业融资奖励的里程碑。比如，企业每完成一轮融资，NASA会配套相应的激励资金。
此外，NASA在为COTS等项目选定合作伙伴之前，还会对每家候选企业展开为期三天左右的尽职调查，前面两天实地考察企业，最后一天进行协议谈判。尽职调查结束后，候选企业根据专家组建议进行调整，反馈给NASA一份最终版协议，其中就包含一整套里程碑方案。SpaceX在中标COTS前，公司上下花了大约4个月来完成这些准备工作。
表1-6 COTS中SpaceX里程碑一览（单位：百万美元）
资料来源：NASA, Commercial Orbital Transportation Services（COTS）Program Lessons Learned，钛禾智库团队整理
由于里程碑的内容、数量、时间节点是由NASA和承包商共同商定，NASA和企业之间常常就此产生激烈的碰撞讨论，到了实际推进过程中，双方也可以协商对里程碑进行调整修订——这个磨合的过程，往往也是互相影响的过程。最终，全部跑完里程碑的企业会拿到巨额订单。即使未能跑完全程，NASA也为相关企业设计了完善的退出机制。如果有企业中途退出或破产，NASA会按事先约定好的较低价格对该企业的设备、技术、数据资源予以回购。
事实上，早在肖恩·奥基夫（Sean O’Keefe）任职NASA局长期间，就曾经试图针对推动航天商业化的问题向硅谷取经。2002年，肖恩眼看任期已过大半，却仍夹在白宫方面压力和NASA内部无休止的争论中一筹莫展。机缘巧合，一次肖恩前往位于加州埃姆斯的NASA分部开会，顺道拜访了硅谷的风险投资家和企业家们。谁知，这些硅谷精英一看玩高科技的祖师爷来了，都激动地提出让肖恩分享NASA的创新经验。肖恩一脸惭愧地说：“实际上，现在的创新中心是硅谷。”
NASA作为美国高科技的鼻祖，此时也不得不放下身段从硅谷取经，这背后主要有两个方面的原因：
第一，作为一个行政性科研机构，NASA在资源投入和政府订单削减的背景下，持续性创新已然遭遇后继乏力的瓶颈，亟须寻找新的出路。而以硅谷商业化公司为代表的科技新势力，则可以没有包袱轻装上阵，大胆尝试一些新模式、新技术，进而触发一个个看似微小但影响深远的技术变革。
第二，NASA要推动航天商业化，就需要构建一套全新的游戏规则和生态体系，而金融资本在其中扮演着“钱袋子”的角色，资本的盈利思维左右着企业的创新方式和生存法则。硅谷的风险投资家们拥有比华尔街金融巨鳄更适合新兴科技公司发展的经营思维和资源网络，相对也更愿意投资没有太多政治背景的商业航天企业。
具备“硅谷底色”的SpaceX正是因为善于融资而更受NASA欢迎。另外，当竞争对手美国Rpk有限公司（以下简称“Rpk公司”）带着外聘的融资顾问向华尔街的银行家、大型对冲基金和养老基金的投资经理们介绍商业航天时，这些华尔街的金融家面面相觑，难以理解为什么要去投资商业航天这样回报周期漫长、风险巨大的项目。很快，Rpk公司就因为达不到融资里程碑而被迫出局。
“哥伦比亚”号航天飞机的事故，表面上看是因为技术问题，往下追究是因为经费不足，但更深刻的原因是机制。经费不足致使技术上的致命缺陷没能及时得到解决。当时NASA希望申请增加30%—40%的预算来为航天飞机改善技术，结果遭到白宫经济顾问委员会和行政管理及预算局两个部门的联合弹劾。“哥伦比亚”号带着隐患强行起飞，最终酿成惨剧。
白宫经济顾问委员会和行政管理及预算局历来是NASA的噩梦。前者可以直接向总统施压，甚至一度提议解散NASA；后者则决定着NASA能不能拿到钱，以及能拿到多少钱。“哥伦比亚”号失事后，航天飞机项目直接被裁，包括后来星座计划中止，都是由这两个机构直接推动的。
吃一堑长一智。NASA在推进COTS项目的过程中，专门组建了一个阵容强大的法务部门来为其保驾护航。这个法务团队堪称美国航天迈向商业化的“变革之盾”。负责NASA《太空行为协议》的首席律师艾米·佐法斯（Amy Xenofos）直言：“我们从法律界获得的帮助比任何人都多。”
1958年NASA成立时，大律师保罗·丹宾（Paul Dembling）受邀起草《美国国家航空暨太空法案》，其中的法案协议（SAA）部分规定了NASA和其他企业的合作方式。为了避免未来陷入教条，他同时在法案中留了一手，拟定了一个其他交易协议（OTA），允许NASA采取除传统合同、资助或合作协议外的另一类缔约方式开展交易活动。
可能连保罗·丹宾自己也没有预料到的是，正是这个协议，日后给NASA的航天商业化改革提供了合法性基础。COTS项目的法务团队在编写项目细则时，翻出这一协议作为依据，从而跳出了《联邦采购条例》等政府法案的烦琐条例束缚，让NASA得以与合作企业建立一种全新的伙伴关系。
为了扶持商业航天企业，NASA可谓尽心竭力，通过技术咨询、共享设施等方式向初创公司提供服务。当然，这些服务并不是无偿的，企业必须为此支付相应费用，或者拿资源置换。这笔收入绝大部分由NASA自行支配而不用上缴国库，NASA也因此开辟了一条新的创收路径。COTS项目相当于一条纽带，NASA将内部沉淀几十年的技术成果和管理经验，通过这条纽带输送给参与项目的商业航天企业。
可以说，SpaceX成立早期，大量关键技术都是在NASA的帮助下完成开发的。但是马斯克并不欢迎NASA的资深专家直接入职SpaceX，即使挖人也只愿意吸收一些年资较浅的工程师。马斯克甚至告诫过COTS项目小组：“你在SpaceX多放一个NASA的人，产品成本就要翻番。”在马斯克眼里，这些名声在外但薪资高昂的航天专家更适合当顾问，一线干活还得靠任劳任怨的年轻人。COTS项目对此也心领神会，专门成立了咨询小组（CATs）负责对接企业需求，企业需要哪一类的咨询服务，COTS项目就可以通过这个小组，调用NASA全局的专家为其提供指导服务。
SpaceX正是通过这个渠道，源源不断地从NASA取得“真经”。并在NASA资源和专家的帮助支持下，连续攻克了新一代航天器所需要的各类关键技术。例如，“龙”飞船防热罩采用的新型隔热材料PICA-X，能承受近2000摄氏度的高温，是SpaceX和NASA阿莫斯研究中心一起研发出来的；“龙弹（Dragon-Bullet）”空气动力学测试方法是在NASA兰利研究中心指导下完成的；GNC（航天器制导、导航与控制）是在NASA汉斯维尔航天中心的支持下开发的；梅林发动机是在NASA的FASTRAC发动机基础上研制的，降落伞技术取经自猎户座航天飞船；激光雷达（LIDAR）技术也来自喷气推进实验室（JPL），后者慷慨分享了凤凰号火星着陆器的激光雷达技术……NASA的前辈科学家们也乐于“奉献”。与其让许多花费毕生心血研究的技术在体制内处于沉睡状态，不如交给SpaceX这样的商业公司去发扬光大。
传统的产品迭代和采办机制令NASA的工程师很多大胆的创新举措束之高阁。一线工程师该做什么、用什么材料，早就在预算和采购部门那里定死了，如果想要改变需要经过冗长繁复的审批流程，工程师们对此有心无力。新型隔热材料PICA-X的成本只有传统防热罩材料PICA的1/10，NASA的工程师也早就知道改进路径，但没有机制去实现。
实行扁平化管理的SpaceX则拥有令NASA艳羡的决策自由度和效率。同样的技术方案，一线工程师可以直接跟主管甚至马斯克本人提，一旦团队商议后觉得可以一试，很快就能部署执行下去。追求效益最大化的SpaceX，也不用像NASA那样过多考虑“体面”问题。一些造价昂贵的S级、宇航级零部件，凡是SpaceX觉得没必要的，可以统统替换为航空或者汽车工业的开架式产品，质量满足要求且成本低廉。例如，用做浴室挡位闩锁的零件来做舱口把手，一项就可节省1470美元；用赛车安全带来固定宇航员，比定制安全带更舒适且便宜；用全尺寸模型和真人直接测试宇航员在货舱内的移动情况，比使用计算机模拟更直观还花费少……总之，没有历史包袱的SpaceX可以从使用需求倒推产品设计，最大限度地避开精细分工的陷阱。例如在处理辐射问题上，抓总体指标而非单一零部件指标，仅此一项就节省了大量成本，缩短了时间周期。
此外，SpaceX构建起了一整套以工业化交付为结果导向的能力闭环。这得益于马斯克一直坚持最大限度地把研发、设计、生产维持在企业内部，而不是像大部分同行一样热衷于分包出去——由于资产较重，在早期这项决策屡屡被外界质疑，但因此保证了SpaceX的沟通决策效率和产品迭代速度，到后期其威力日渐凸显，为SpaceX构筑起巨大的竞争护城河。
NASA和SpaceX的影响促进是双向的。SpaceX站在NASA的肩膀上进行技术创新，却可以跳出NASA原来的条条框框，从目标反推流程设计和组织管理，反过来影响NASA的计划。例如，在接下COTS项目的任务时，SpaceX已经构思出实施框架，即在NASA的旧模式基础上设计一个简化改良版——不改变底层逻辑，但在流程上进行改革和优化。
在SpaceX的影响和协助下，NASA则对原来繁复的书面工作进行了数字化和模块化改良。
NASA还投桃报李地对SpaceX进行战略上的点化。SpaceX在研发猎鹰5号时曾经走过一段弯路，正是在经验老到的NASA专家劝说下方将精力转向更有前途的猎鹰9号。
对于NASA来说，将“真经”传给SpaceX这样有梦想、有能力的商业航天公司，扶上马并送一程，不仅有利于培育新型合作伙伴，还能通过技术转让创收，同时甩掉近地轨道发射的沉重包袱，集中精力聚焦战略性任务，可谓一举多得。
如今SpaceX成为美国航天的门面担当，除了NASA有意扶持外，主要还是马斯克自己干活靠谱儿。在这个互相了解的过程中，双方的沟通不可忽视。
SpaceX几乎所有正式的技术会议，都会邀请NASA的人员一起参与。NASA人员受邀到SpaceX参观交流更是家常便饭，过程中产生了许多有价值的互动。一位名叫迈克尔·霍卡查克（Michael J.Horkachuck）的NASA官员一直从中发挥着关键作用。
SpaceX和NASA的关系看上去如胶似漆，但这种信任是经长期磨合逐步建立起来的。最初，没有航天从业经历的马斯克对NASA也是雾里看花——NASA的哪些资源可以借来为己所用，又有哪些人才拥有一技之长却在体制内难以施展……马斯克清楚这些正是SpaceX可以大有作为的空间，问题是这些情报从何而来？
迈克尔是COTS项目中专门负责对接SpaceX的主管。这位工程师出身的管理者经验丰富，对NASA的政策、体系、设备、技术及人才情况非常熟悉，而且善于经营人际关系。迈克尔对SpaceX可谓知无不言，言无不尽——不但提出问题，还负责解决问题，并且总能迅速且精准地帮马斯克匹配对接相应资源。
这位中间人从NASA精心筛选出大量与SpaceX理念契合的专家，说服他们对SpaceX敞开心扉，复盘以前的工作，进而在SpaceX的平台上协同创新。这套操作行云流水，以至于合作到后面，迈克尔和SpaceX已经默默搭建起了一个可观的人才数据库。
除了人才之外，迈克尔还尽力帮助SpaceX协调发射工位等基础设施。最初马斯克联系的发射场是范登堡空军基地，但美国空军对于发射商业火箭顾虑重重，以各种理由推脱搪塞。无奈之下，马斯克甚至打起了去非洲南部卡瓦佳林发射场自建发射工位的主意。签下COTS项目协议后，迈克尔立刻帮马斯克协调了位于美国佛罗里达州的卡纳维拉尔角发射场，完美地解决了SpaceX的发射工位问题。卡纳维拉尔角临海而且纬度低，方便运输并可大大提升火箭载荷，还能就近租用肯尼迪航天中心的设备，为SpaceX省下了一大笔开支。
迈克尔还不遗余力地通过NASA推动，帮助SpaceX申请到了美国唯一一个国际空间站公共停泊装置的使用权。SpaceX在完成飞行试验的过程中，也顺带帮NASA捎了点货物
，彼此合作非常愉快。
更让马斯克感激的是，迈克尔还全程协助SpaceX将每一个里程碑变成有效行动计划，这个过程让SpaceX受益匪浅。仅“演示准备情况审查”这一项里程碑，迈克尔和SpaceX的工程师们就一起琢磨了好几个星期。他们先是分解出两个一级条件：猎鹰9号的完整性、“龙”飞船的完整性，再向下逐级拆解到分系统和零部件，依次检查，最终列出了300多个项目。在这个对任务进行层层分解的过程中，SpaceX也摸索出了一整套项目管理的方法，并积累了丰富的经验。
当SpaceX提出调整里程碑的合理建议时，迈克尔也会努力斡旋。最初SpaceX的一级里程碑有三个：C1——火箭搭载飞船试飞；C2——飞船飞行掠过国际空间站；C3——飞船实际登站。但在实际推进过程中，由于C1阶段的“龙”飞船两次飞行都非常顺利，马斯克因此萌生一个大胆的想法：将C2、C3合并为一次飞行，如果顺利掠过国际空间站，再回过头来直接登站。这样做的好处，是节省了一次发射成本，同时节约了大量时间。经过迈克尔的全力协调，最终NASA同意了SpaceX的申请，这在以往的开发过程中是很难想象的事情。
这个为项目保驾护航的“中间人”并非SpaceX的独有待遇。实际上，COTS项目给每个参与其中的企业都安排了对接人，但只有SpaceX把中间人的价值发挥到了最大。Rpk公司在技术开发过程中很少与中间人互动，只有当融资遇到困难的时候才会想着把中间人请出来站台。而轨道科学公司自恃资格老，创始团队在业内声名显赫，一般也只是通过中间人向NASA例行汇报，按部就班地推进项目。唯有“外行”马斯克不厌其烦地缠着迈克尔，通过这位中间人把美国航天产业犄角旮旯的资源都利用了一遍。