太空竞赛 2.0:这一次,为了商业,也换了主角

2020-04-04 | 见丰网
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太空竞赛 2.0:这一次,为了商业,也换了主角

商业航天的时代已经到来。这场竞赛看起来是炫酷,但实际上是残酷的竞赛,发令枪已经响了。1969 年 7 月,全球有 5 亿人通过电视机见证了历史性的一刻——美国宇航员阿姆斯特朗出舱,顺着爬梯踏上月球表面,说出了举世闻名的那句话:「这是我个人的一小步,却是全人类的一大步。」

坐在 NASA 马歇尔太空飞行中心总指挥位子上的冯·布劳恩,掂量着这句话的分量。在火光与烟雾之中,由他主持研发的土星 5 号运载火箭,成功地将载人「阿波罗」号宇宙飞船送入月球轨道。

他是横跨二战和美苏冷战的航天杰出人才,是太空竞赛 1.0 时代的辉煌谱写者。他曾在纳粹时期研制出「V-2」导弹,被公认是现代火箭和导弹之父。

冷战时期,布劳恩带领的美国航天国家队,后发制胜超越苏联。在他逝世后的几十年间,世界格局风云变幻,太空军备竞赛也因苏联的解体而告终。尽管月球再无人类留下新脚印,但卫冕者山姆大叔已经开始琢磨如何去征服火星。

眼下,航天擂台迎来了新的世纪对决,一场由商业引擎驱动的太空竞赛开始了。

接捧薪火的埃隆·马斯克,注定要被载入史册。他一手创立的美国太空探索技术公司 SpaceX,把航天史上的若干个「不可能」变为「可能」。

在距离地表 500 公里左右的太空,SpaceX 旗下的天基互联网工程「星链」(Starlink)正有序推进着。在此之前,Teledesic、铱星一代、Globalstar 这三家公司将数百亿美元投入到卫星互联网的建设,无一例外都失败了。

而新故事的开篇,像极了马斯克一个人的武林,但越来越多的商业航天新势力拿到了入场券:美国的 OneWeb 和亚马逊,加拿大的 Telesat 都在紧锣密鼓地布局自己的星链计划。

群雄逐鹿的,还有位于大洋彼岸的世界第二大经济体——中国。从上世纪 70 年代起,中国航天先后把东方红、长征、神舟、玉兔和天宫送入太空。从载人航天到深空探索,中国航天的主旋律也在发生结构性变化。国家队之外,民营航天 2015 年登上 T 台,通过参与中国版星链的建设,涌入到太空竞赛 2.0 的时代洪流中。

航天新交锋,缘起 2015

马斯克创立 SpaceX 的初衷,并不是奔着赚钱去的。

2001 年,还在经营 PayPal 的马斯克,跟朋友聊到「美国为什么还没有登陆火星」的话题。按照他的理解,既然人类在 1969 年就能登上月球,就理应在 21 世纪造访火星。

他翻遍 NASA 官网,没有任何登陆火星的计划。心有不甘的他,三次赴俄购买洲际火箭。就在付款交易前,他才意识到,虽然美国航天实力稳居世界之首,但航天科技停滞在冷战期间的水准。

解决太空运输的难题迫在眉睫。于是,马斯克果敢地卖掉 Paypal,用得来的资金在 2002 年注册了 SpaceX。其首要任务是做出先进的运载火箭,并以「猎鹰」作为该系列的命名。

前 6 年时间,「猎鹰一号」发射三连败。SpaceX 因巨资消耗,数度濒临破产倒闭。直到 2008 年 9 月,「猎鹰一号」从马绍尔群岛的瓜加林环礁发射升空,成功进入地球轨道:史上第一枚由私人公司研发的液体燃料运载火箭诞生了!

就在火箭成功发射的半年前,马斯克孤注一掷,往 SpaceX 的账户上注资了 1 亿美元。「猎鹰一号」几乎耗光了公司所有的资金,但幸好,它成功了。

曾参与过嫦娥探月工程等国家重大航天项目的谢涛,在 2014 年 4 月在北京中山公园举办的一场峰会上,第一次见到了马斯克本人。

当时他还在某航天院所任职,得知马斯克以特斯拉 CEO 的身份来华,为了亲睹这位「太空狂人」的风采,他咬咬牙,花了高价票钱,坐在观众席翘首以盼。

他记得很清楚,马斯克演讲前播放了一段开场视频。只见画面中的「猎鹰」像穿云箭一样扎进天宇,然后又准确地找到了海上回收平台,稳稳地垂直降落。

马斯克没有拿 CG 动画忽悠大伙儿。转年年底,吸引全世界目光的「名场面」来了。只见猎鹰九号把 11 颗通讯卫星送入轨道,随后依靠垂直起降技术,第一级火箭稳稳降落。屏幕前的人们目睹了从发射到回收的全过程,这是名副其实的世界首创。

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星链(Starlink)卫星的创新设计和「一箭 60 星」独特的排列堆叠方式|Starlink 官网

SpaceX 总有重磅炸弹抛出。2015 年,马斯克抛出了名为「星链」(Starlink)的天基互联网项目,计划从 2019 年起将 1.2 万颗通信卫星发射到近地轨道。发射任务由可回收、可复用的猎鹰九号执行。

同年,中国以吉林一号卫星发射入轨为标志,正式打开了商业航天的大门。谢涛也从体制内出来,成立了自己的商业卫星公司——九天微星。

其实行业最早的一笔融资要追溯至 2014 年,民营火箭企业翎客航天收获了 815 万元融资。此后,长光卫星、蓝箭航天、天仪研究院、零壹空间等民营航天先后拿到了启动资金。而促成民营商业航天成立和民间资本参与到科工项目的原因,归功于国家军民融合的开放性政策,为怀揣航天梦的创业者们提供了孕育土壤。

2016 年,国务院发布了《「十三五」国家战略性新兴产业发展规划》和《2016 中国的航天》白皮书,相继提出了「鼓励引导民间资本参与航天科研生产,大力发展商业航天和卫星商业化应用,完善政府购买航天产品与服务机制」等内容,从政策方面加速了商业航天领域的推进速度。

三维信息高速公路

眼下,中国商业航天完成了第一个五年征程,一批创业者进入到和马斯克同台竞技的练习场,围绕商业航天施展拳脚。其中不乏有和马斯克一样的非科班人才。

干了 16 年互联网的徐鸣,捕捉到商业航天潜在的机遇,在 2018 年一脚急刹,从猎豹移动总裁的位置离席,纵身扎进航天赛道,创立了商业卫星公司银河航天。

航天属于长周期、重投入的产业,且一直受封闭管制。跨界之难,徐鸣不是没有深思熟虑。不过他笃信互联网圈流行的「管制往往意味着巨大的机会」这句话。他保守估算,中国航天工业约有 3000 亿人民币的产值。从某种程度上来说,「航天可能是中国最后一个开放的大规模工业体系。」

透过哈勃望远镜观察浩瀚星海,曾是他缓解创业苦闷心境的重要消遣,这台悬浮在太空中的望远镜,为他创立银河航天埋下了伏笔,也渐渐地成为「太空互联网」概念的早期启蒙。

「哈勃望远镜通过太阳能发电,利用可见光、红外等敏感器输入信息,再提供计算功能,最终把照片输出到地面」,按照徐鸣理解,哈勃望远镜相当于一座太空中的大型计算机。

若以同样的逻辑来看今天的卫星产业,就不难发现,「它不再是传统的航天卫星产业,而是太空中另一种形态的计算机行业。」而这种全新的形态,就构成了所谓的「太空互联网」,亦是银河航天选择切入的方向。

想要诠释「太空互联网」的概念并不困难。简言之,它是由过去地面信息高速公路的二维网络升级到了三维模式。这个第三维度,就是卫星。

显然,马斯克对「太空互联网」的商业价值有自己的如意算盘。否则不会在 2005 年就购买萨里卫星技术公司 10% 的股份,对卫星产业做前瞻布局。

现在,行业终于清楚了星链的战略地位:它不仅在初期能够解决偏远地区网络覆盖的问题,为全球 2 亿到 4 亿人提供互联网服务,后期还可以在上面加装传感器,用于遥感、量子密钥、精准导航等服务。

实际上,星链已经升格为由卫星星座构建而成的「太空新基建」。不管新入局的玩家以何种方式和概念进入市场,都绕不开与 SpaceX 的较量。眼下,马斯克的天基互联网工程「星链」正以「一箭 60 星」的效率发射了六轮,进入到快速部署阶段。

如果不出意外,SpaceX 将率先向全美提供卫星宽带的接入服务。未来每年可从中赚取 300 亿美元,相当于 SpaceX 向国际空间站发送卫星和有效载荷收入的 10 倍。

尽管围绕星链的紧追紧赶过程中,获取加速度至关重要,但航天的道路没有捷径可走,只能脚踏实地。而中国商业航天的参与者们,正在想尽办法实现「从零到一」的里程跨越。

「新举国体制」 VS SpaceX

2020 年,中国版星链计划或将揭开神秘面纱。除了航天科工和航天科技两大集团公布的「虹云」和「鸿雁」工程备受瞩目外,有实力的民营卫星企业,也在跃跃欲试,渴望交上成绩单。

但谢涛直言:「能做卫星总体的民营企业,目前不超过 10 家,能做出互联网通信卫星的企业,又少之又少。」

今年年初,银河航天发射了中国首颗通信能力达 10Gbps,200 公斤级的低轨宽带卫星。有物联网卫星平台能力基础的九天微星,已进入互联网卫星的研发阶段。其他玩家,或受制于技术,或考虑资金和市场等因素,仍在迟疑和观望。

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  银河航天首发星采用 Q/V 和 Ka 等通信频段,具备 10Gbps 速率的透明转发通信能力,已于今年 1 月 16 日发射升空|银河航天

从窄带卫星演进到宽带卫星,谢涛考虑的是,卫星互联网已是必然趋势。基于民营公司的财力和技术状态,拥抱趋势的最佳姿态,可以是用「IT 思维干航天」。况且窄带卫星和宽带卫星对应的专业技术体系是相通的。所以九天微星今年有两件事要重点抓:一是研制出对标星链的互联网卫星,然后择机发射;二是做好卫星的批量化生产和载荷研发工作。

有行业内人士推断,前面三年,卫星的制造和发射投入是最大的。卫星互联网实现稳定的全球覆盖,起步星通常是 800 多颗。「马斯克号称一天量产 6 颗,如果我们能做到三天一颗,年产 100 颗,就已经非常好了。

该行业内人士列举了卫星产值比例,假设星座制造和发射是 1000 亿,那么运营市场就是 2000 亿,再加上各种连接终端,还有 7000 亿的市场规模。行业不仅觊觎这万亿市场,而且意识到轨道资源的稀缺性,以及先占先得,掌握话语权的重要性。中国的商业航天从未有过如此迫切。

但国情决定了,「中国卫星企业不能像 SpaceX 那样,既做卫星制造与发射,又做卫星运营。」业内人士推断,中国版卫星互联网的产业链会被切分为三大块:卫星研制企业是供应商,下游企业是终端应用商,系统总体设计及投资运营主体由国家队把控。「行业未来的发展趋势,一定会朝百团协同作战的方向迈进。」

所以,卫星企业与其自诩「中国版的 SpaceX」,不如定位于「太空界的华为」更符合实际。但无论如何,航天赛道的玩家还是会被追问:「拿什么超越马斯克?」很多人清楚,「100 个商业航天创始人里面可能也出不了一个马斯克。」不然,外界不会在火箭回收技术和星链问题上,「从看不起,到看不懂,再到现在拼命追,」某商业卫星企业创始人如是说。

毕竟,SpaceX 是一家 18 年的老牌企业。他的成长路径,是特定时期的孵化结果。中国想要与其竞争,不能简单地对比和参照。谢涛强调:「不是说 SpaceX 先做火箭,再做卫星,最后登陆火星,中国的公司这么做就能赢。」

国情不同,环境不同,发展不同,要在这场竞赛中取胜,需要深挖问题本质。在卫星的三大产业链中,每个单点都能做成一门生意。最终多点阵汇聚,形成的「新举国体制」,或许是中国商业航天用横向思维超越 SpaceX 纵向发展的捷径。再往后推演,如果时机成熟,不排除通过资本撮合或其他手段,出现一到两家民营商业航天的巨头。

求快还是求稳

「中国版星链规模化部署和应用落地,恐怕还需要等 3 到 5 年,」谢涛坦言。不过,按照最坏打算,假设五年内中国版星链的发射为零,即便 SpaceX 提高发射频次和效率,1 万颗卫星发射也是极限。其余 4 万颗的轨位,是留给中国参与者们的机遇。

至于中国版星链未来的营收和回报率,徐鸣按照中国通信产业 2 万亿人民币的市场规模来算,今天在欧美卫星通信占整个通信产业的比例是 2%到 3%,中国只有百分之零点几。如果追平至欧美的发展水平,一年会带来四五百亿的收入。

制造成本是商业卫星企业非常在意的要素之一。过去,航天「物件」都是专用的。以卫星为例,卫星运行轨道上有太空射线、温差等一系列特殊的空间环境,必须使用专用芯片。经过七八年左右的发展,太空芯片已经可以和地面的芯片以及汽车工业体系进行融合。银河航天在研发和生产首发星的过程中,部分元器件采用的是工业级或汽车级产品,保证功能相同的情况下,有效降低了成本。这家公司负责人表示,会继续和国内元器件生产商,就中国商业航天卫星元器件的研发和生产,做新模式的探索。

尽管中国商业航天参与者们积极追赶的态度是鲜明的,制约中国版星链腾飞的另一个重要因素,是运载火箭供给能力的严重不足。

由于固体火箭有研制周期短,可靠性更好的优势,航天初创团队一般先发射固体火箭,以便向市场证明技术实力。但固体火箭的直径不超过 3 米,近地轨道(LEO)载荷不超过一吨,这意味着其无法承担中型运载火箭的任务,后者在一箭多星、布局星座卫星方面占据绝对优势。

一个残酷的事实是,目前市场上还没有针对低轨宽带卫星星座设计的低成本中型商业运载火箭。几乎所有的卫星发射,依靠的都是国家队的火箭:长征和快舟。虽然火箭强大而稳定,但长征大部分在执行国家任务,商业火箭快舟最多「一箭 6 星」,供给不足就需要预约排队。而且,国内运载火箭每公斤 2 万到 3 万美金不等的发射报价,比猎鹰九号足足高出四到五倍。

无奈,商业卫星企业只能拿国家队成熟的火箭做星箭一体化的设计。谈到「一箭多星」问题,谢涛指出,单次发射数量和卫星发射包络、火箭运载能力、卫星星座构型等都有关系,不能机械化地进行简单对比。「如果非要对标 SpaceX 的一箭 60 星,拿长征 5 号也是可以实现的,只不过是代价的问题。」

谢涛期盼民营火箭公司,在运载能力和可回收技术方面尽快取得突破,早日研制出低成本、可靠性高的中型运载火箭。「只有那样,和他们谈星箭一体化才有意义。」

总体来看,现阶段的卫星技术突破更容易,民营火箭企业的挑战更大些。由于火箭失败的成本太高,整套系统工程只有点火见成败,且没有第二次机会。相较于卫星公司,火箭公司更重稳健,这是行业普遍认同的共识。

蓝箭航天 CEO 张昌武信守「慢一点比较快」,这家公司曾因「求快」走过弯路。为了缩短首枚火箭的研发时间,蓝箭计划以外包集成的方式完成产品,「这样零部件不必全部亲自动手,发动机更可以仰赖体制内科研院所的技术转让。」但发动机交易合同最终泡汤,倒逼蓝箭不得不去自主创新。

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蓝箭航天研制的朱雀一号(右)和朱雀二号(左)运载火箭发射升空的遐想图|蓝箭官网

哪里薄弱攻哪里。张昌武把团队技术人员填充到 80%,其中半数跟火箭发动机死磕。「民营火箭公司肩负着中国商业运载火箭发展的重任。」面对巨大的市场增量空间,蓝箭团队的技术路线是专攻可重复使用的液氧甲烷发动机,希望能够通过研发液氧甲烷液体火箭填补中型运载火箭商业发射这块空白。去年 5 月,蓝箭航天 80 吨液氧甲烷发动机「天鹊」全系统试车四次全胜。如果一切顺利,「朱雀二号」火箭将搭载这台发动机,今年发射。

不过美国商业航天公司 SpaceX 和蓝色起源,也都相继研发出了这种环保经济的发动机。液氧甲烷被公认是下一代低成本火箭的首选推进剂。倘若能够赶在这两家公司之前发射,「朱雀二号」或将成为首枚液氧甲烷发动机驱动的运载火箭。

商业航天新希望

中国的民营商业航天已达成了两个「关键之首」。

除银河航天首个在轨运行的宽带互联网卫星,还有同属顺为投资的商业火箭公司星际荣耀,在 2019 年成功发射的双曲线一号固体运载火箭。掌舵者是中国航天领域有20多年工程经验的从业者彭小波,其遵循「小步快跑,快速迭代」的技术路线,目前正在往「由固到液,由小到大的」运载火箭方向发展。

此前,蓝箭航天和零壹空间发射「朱雀一号」和「OS-M」运载火箭双双失利。尽管张昌武坚信蓝箭能够从中汲取经验教训,公司的发展节奏不会受到影响。但对于需要资本支撑的商业航天来说,既然蓝箭不再研发新的固体火箭,那就更需要自我鞭策,加快其液体火箭研制的速度。

目前,可重复使用火箭的成功案例只有 SpaceX 的猎鹰 9 号,搭载的梅林发动机使用的是液氧煤油。未来标配「猛禽」液氧甲烷发动机的猎鹰火箭,可重复利用性会更好。蓝箭也表示有发展可回收火箭的计划,但还没有到开始的时候。

区别于美苏争霸期间的太空军备竞赛,当下这场新竞赛比拼的不仅是技术,也不纯是商业闭环的能力。表面上,太空商业巨头 SpaceX 站在了前台,背后实际仍然是一场国与国之间科技实力的较量。无论是美国联邦通信委员会(FCC)简化小卫星发射许可流程,抑或是美国空军和 NASA 对 SpaceX 的支持和帮扶,背后都是国家意志的某种体现。

在上世纪的太空军备竞赛中,美国把军用技术做民用转化,把先进的航天技术转化成商业产品,虽然在阿波罗上投了很多钱,但后续回报也非常高。苏联却一味地出拳秀肌肉,深陷军备竞赛的泥潭中,几乎没有民用技术沉淀。或许我们应该以史为鉴,太空竞赛 2.0 时代更加错综复杂。中国仅靠现有的民营航天跟 SpaceX 出牌,是远远不够的。幸好,科技、政策和市场在过去五年的开放和发展程度有目共睹,中国商业航天加速势在必行。

就像徐鸣所说:「我们往往会高估未来两三年的变化,却低估未来 10年的发展。」大家也许对中国商业航天的今天感到失望,但如果放眼更长的时间维度,应该会有不少惊喜。更何况,这也是一场不能缺席的比赛。

原标题:太空竞赛 2.0: 这一次,为了商业,也换了主角|极客视野

来源:极客公园

作者:包校千

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【责任编辑:阿诺】
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