2001年， 馬斯克被董事會逐出，Paypal已不再屬于馬斯克。 他舉家搬遷至洛杉磯，來到洛杉磯后，馬斯克想起了兒時的火箭飛船和太空旅行的夢想，馬斯克意識到這是比互聯(lián)網更偉大的使命，這個時候他甚至讀起了一本晦澀的蘇聯(lián)火箭手冊。
馬斯克加入了一個火星學會的非營利組織，這一組織致力于火星探索和火星定居， 馬斯克當時對太空的了解還非常有限，但是他具有非常科學的思維方式，他想清楚地了解火星學會關于火星的計劃，以及這些計劃的意義，于是他加入火星學會，并加入了董事會。
馬斯克當時患了瘧疾,整個人瘦骨如柴，在沒有任何征兆情況下，馬斯克會和朋友說起他的志向，說他希望用一生去完成一些有意義的、永恒的事情。他的下一個目標是太陽能或者太空，馬斯克說：“從邏輯上來說，我的下一個目標應該是太陽能，但我想不出如何從中盈利。”
隨著對太空的思考越多，他越意識到探索的重要性，他感覺大眾好像已經喪失了對未來的雄心和希望，人們可能會覺得探索太空是一件浪費時間和精力的事情，馬斯克登錄NASA的網站，本來期望在網站上找到一些關于火星探索的詳細計劃，但一點相關內容都沒找到。“為什么一點計劃和安排都沒有？什么都沒有。真是瘋了。” 馬斯克有一次對《連線》雜志的記者說。
馬斯克在太空領域的人脈已初具規(guī)模，他希望做一件能夠觸動全人類的、能令世界矚目的事情，讓人們再次想起火星，思考人類的潛能。馬克思退出了火星學會的董事會，并成立了自己的組織 ——火星生命基金會 （Life to Mars Foundation）。
2001年7月，馬斯克打算從俄羅斯購買一枚翻新的洲際彈道導彈，用作運載火箭，為此他說服了坎特雷爾，"人類應該成為一種跨行星物種”，坎特雷爾表示如果馬斯克是認真的，他愿意再去一次俄羅斯，幫他買一枚火箭回來。
2001年10月，馬斯克、坎特雷爾和大學時期的好友阿德乘飛機一同前往莫斯科，阿德一直守護著馬斯克，并設法弄清楚自己最好的朋友是否已經失去理智。阿德讓馬斯克看了一系列關于火箭爆炸的視頻，勸他不要再浪費錢了，但這些辦法都沒有見效。在4個多月的時間里，他們和俄羅斯人碰頭三次。馬斯克打算以2000萬美元購買三枚彈道導彈，改裝以后送上太空。借著酒勁，馬斯克開門見山地問對方，買一枚導彈需要多少錢。對方回答說：每枚800萬美元。馬斯克還價到800萬兩枚。“他們就做在那兒，看著他”坎特雷爾說，“好像說了'小伙子，別鬧了' 這樣的話。他們還諷刺他沒那么多錢。” 馬斯克覺得俄羅斯人沒有誠意，最后，他憤然離席。
馬斯克一行人的情緒跌至低谷。當時是2002年2月，馬斯克來俄羅斯的時候信心滿滿，心想自己馬上就能為全人類帶來一場翻天覆地的變化，如今卻鎩羽而歸，對人性感到失望至極，以馬斯克的預算，他們只買得起俄羅斯人的火箭。馬斯克坐在他們前面一排，正在電腦前打字，突然馬斯克轉過身來，亮出他制作的電子表格。“兄弟們”， 他說，“我覺得我們可以自己造火箭”。
剛開始，格里芬和坎特雷爾對他的白日夢提不起興趣，以為這只是馬斯克的春秋大夢，但是馬斯克說：“不，我是認真的，你看這個表格”， 馬斯克把他的筆記本電腦遞給格里芬和坎特雷爾，他們驚呆了，表格里詳細列明建造，裝備和發(fā)射一枚火箭所需的成本。馬斯克用了幾個月的時間研究航天工業(yè)及其背后的物理原理，他從坎特雷爾和其他人那里借來了《火箭推進原理》《天體動力學基礎》《燃氣渦輪和火箭推進的空氣動力學》，還有其他各種專業(yè)書籍。馬斯克仿佛又找到了童年時的狀態(tài)，他努力吸收關于太空的一切知識，在這一系列近似冥想的學習過程中，他終于意識到，自己可以制造火箭，而且也應該比俄羅斯人的更便宜。
2002年4月,馬斯克將坎特雷爾、格里芬、米勒（火箭專家）和波音公司的航空工程師克里斯召集起來，對他們說：“我想開一家太空公司，如果你們想入伙，那我們就開始干吧。” 格里芬婉拒了馬斯克，坎特雷爾觀望了幾個月就走了，他認為這家公司風險太大。2002年6月， SpaceX公司成立。
馬斯克宣布SpaceX的第一枚火箭名為“獵鷹1號”， 當時發(fā)射一枚550磅載荷火箭的成本至少需要3000萬美元，但馬斯克承諾，“獵鷹1號”將能夠搭載1400磅的載荷，并且只需要花費690萬美元。
馬斯克為這一目標設置了近乎瘋狂的時間表。SpaceX最早的一份報告顯示，公司計劃在2003年5月和6月份分別制造出第一臺和第二臺火箭推進器，7月完成火箭機身的生產，8月一切裝備完成，發(fā)射臺將在9月份準備完畢，首次發(fā)射將于2003年11月進行。
SpaceX打算獨立從事“獵鷹”號火箭的全部開發(fā)工作，包括兩臺火箭推進器、渦輪泵、低溫貯罐結構和制導系統(tǒng)。對于渴望探索太空的年輕航天人才來說，這是第一次有機會進入一家有趣的公司，設計火箭，甚至成為一名宇航員，而不需要加入一家官僚主義橫行的政府承包商。SpaceX的雄心壯志傳遍業(yè)界，許多喜歡冒險的頂級工程師紛紛從波音公司、洛克希德馬丁公司和軌道科技公司離職，來到這家行業(yè)新貴工作。
2004年初，SpaceX本來計劃發(fā)射火箭，但最終計劃沒能成行。 米勒及其團隊制造的“灰背雋”引擎是有史以來最高效的火箭引擎。測試引擎所花的時間比馬斯克的預期久了一點。最終，2004年秋，引擎達到了發(fā)射要求。很快，大家發(fā)現引擎還是存在很多重大問題。航空電子設備，包括導航、通信和火箭整體管理系統(tǒng)都成了噩夢。這種情形持續(xù)了6個月。最終，2005年5月，SpaceX將火箭運送至距離工廠180英里處的范登堡航空軍基地進行試發(fā)射，最后在發(fā)射臺完成了一次為時5秒的點火，由于在范登堡需要排隊數月才能發(fā)射。其后2005年6月，SpaceX決定將發(fā)射地點改在赤道附近的夸賈林環(huán)礁。
2005年11月，在SpaceX團隊登島后的6個月，SpaceX團隊一切準備就緒，可以發(fā)射火箭了，馬斯克和他的兄弟金巴爾也來到島上，和其他團隊成員一起住在夸賈林。11月26日，SpaceX準備發(fā)射火箭，軍方給了SpaceX6個小時的發(fā)射時間，當進行發(fā)射前檢查時，工程師們發(fā)現了一個重大問題，液態(tài)氧氣罐上的一個閥門無法關閉，導致液態(tài)氧以每小時500加侖的速度蒸發(fā)到空氣中。SpaceX團隊趕緊修理了閥門，但火箭損失了太多燃料，無法在發(fā)射期限內進行發(fā)射。之后又出現了更多的問題，阻礙了發(fā)射進程。
2006年3月24日，終于萬事俱備。“獵鷹1號”矗立在方形發(fā)射臺上，準備點火，它沖上云霄，大約25秒后，他們發(fā)現發(fā)射并不順利，本來垂直向上飛的火箭突然開始旋轉，最后失控墜落到地面。馬斯克在事后分析報告中這樣寫道，“一個朋友告訴我，飛馬火箭發(fā)射了9次，只有5次成功了；阿麗亞娜火箭發(fā)射了5次，只有3次成功；阿特拉斯火箭發(fā)射了20次，只有9次成功；聯(lián)盟號火箭發(fā)射了21次，只有9次成功；質子號火箭發(fā)射了18次，只有9次成功。在直接體驗進入軌道有多難之后，我對那些堅持制造火箭的人充滿了敬佩之情，他們是當今太空發(fā)射事業(yè)的中流砥柱，” 馬斯克在文章的最后寫道，“SpaceX將繼續(xù)努力，無論上天入地，不成功誓不罷休。”
一年后，SpaceX準備好再次進行火箭發(fā)射。2007年3月15日，試點火成功。3月21日，“獵鷹1號”終于升空，它飛了幾分鐘，工程師們在這期間一直報告系統(tǒng)一切正常，處于極佳的狀態(tài)。3分鐘后，火箭第一級解體，并掉落地球，“茶雋”引擎按計劃開始啟動，準備將第二級送入軌道，控制室內爆發(fā)出一陣歡呼聲，一切都按計劃實現了。但后來火箭又開始擺動，最后爆炸了，這一次，SpaceX的工程師很快就找到了發(fā)生故障的原因。由于推進燃料逐漸被消耗，燃料罐中剩下的燃料開始在罐子里來回旋轉攪動，晃動的推進燃料引起火箭擺動，達到一定程度時，引擎的一個開口暴露出來。當大量空氣進入引擎時，就燃燒起來了。
這次失敗對于SpaceX的工程師來說是一次致命的打擊。他們中的很多人兩年來在加州、夏威夷和夸賈林疲于奔命，距離馬斯克最初目標已經過去了4年，SpaceX的資金可能只夠再進行一兩次發(fā)射，盡管財務狀況讓馬斯克變的很焦躁，但他幾乎從不把這一面表現在員工面前。他總是告訴大家精益和成功的重要性，他從來不會說“如果我們失敗了，那就結束吧”。
2008年8月2日，“獵鷹1號”準備第三次發(fā)射，“獵鷹1號”在沒有任何問題的情況下成功升上天空。加州的SpaceX的員工們通過網絡直播觀看了發(fā)射全程，大家激動得歡呼起來。然而就當一級箭體和二級箭體分離時，火箭突然發(fā)生故障。事后人們分析發(fā)現，在分離的工程中，新的引擎突然產生沒有預料到的巨大推力，導致一級火箭和二級箭體相撞，從而造成火箭的頂端和引擎損壞。
這次發(fā)射失敗讓SpaceX軍心大亂，那就像是世界末日，所有人都身心疲憊。馬斯克安慰員工并鼓勵大家回到崗位繼續(xù)工作。他說：“看，我們必須得完成它。不要害怕，一切都會好起來的。”
SpaceX的第四次發(fā)射于2008年9月28日舉行。SpaceX的員工們在此之前已經連續(xù)6周不停歇地輪換工作。他們作為工程師的驕傲、希望與夢想都在此一搏。他們之間的許多人已經在島上工作了好幾年，體驗過人類史上超現實的工程師工作。他們遠離自己的家人，在炎熱的天氣里被流放到發(fā)射崗位上——有時甚至沒有足夠的食物——靜靜等待每天發(fā)射結束后艙門打開，處理發(fā)射中止后的問題。如果這次發(fā)射成功，他們所經歷的煎熬與汗水才沒有白費。
28日下午，“獵鷹1號”推上了發(fā)射臺，當火箭節(jié)節(jié)攀升，SpaceX總部的員工爆發(fā)出了熱烈的歡呼聲。接下來離開小島，一級箭體脫離，二級箭體經過90秒后的啟動開始飛行，二級箭體的引擎“茶雋”開始了長達6分鐘的燃燒，整流罩在發(fā)射后大約3分鐘時打開并落回地面。最終，在9分鐘的旅途過后，“獵鷹1號”按計劃停止工作，世界上第一枚私人建造的火箭完成了此次壯舉，進入了軌道。500個人花費了6年時間——比馬斯克原計劃多了四年半，終于創(chuàng)造了這個現代科學和商業(yè)的奇跡。
“那感覺真是太棒了，”馬斯克說，“有許多人說我們不可能成功，事實上是很多很多人，但就算他們這樣說，'命運不會總和我們作對， 第四次總該成功'， 不是嗎？ 世界上完成這種壯舉的國家屈指可數，這種項目一般是由國家來完成的，而不是某家公司，我的腦子有點混亂，我什么都說不出來，但是，天啊！這絕對是我人生中最棒的一天！我想這里大部分人都這樣想。我們告訴所有人我們做到了！這只是未來許多計劃中的第一步 ”
其后SpaceX以其價格低廉成為重要的火箭發(fā)射公司，并且獲得了NASA的巨大訂單，同時馬斯克也開始傳播他的火星殖民夢想，不管未來如何，馬斯克和SpaceX團隊給全世界的工程師帶來了驕傲，同時給人類帶來了新的希望，他們讓科學技術得以閃光，馬斯克所做的一切比大多數商業(yè)成功的互聯(lián)網公司而言重要的多。
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