太空競賽 2.0: 這一次,為了商業,也換了主角
2020年04月04日10:50

  原標題:太空競賽 2.0: 這一次,為了商業,也換了主角|極客視野

  來源:極客公園

  作者:包校千  

  商業航天的時代已經到來。這場競賽看起來是炫酷,但實際上是殘酷的競賽,發令槍已經響了。

  1969 年 7 月,全球有 5 億人通過電視機見證了歷史性的一刻——美國宇航員阿姆斯特朗出艙,順著爬梯踏上月球表面,說出了舉世聞名的那句話:「這是我個人的一小步,卻是全人類的一大步。」

  坐在 NASA 馬歇爾太空飛行中心總指揮位子上的馮·布勞恩,掂量著這句話的份量。在火光與煙霧之中,由他主持研發的土星 5 號運載火箭,成功地將載人「阿波羅」號宇宙飛船送入月球軌道。

  他是橫跨二戰和美蘇冷戰的航天傑出人才,是太空競賽 1.0 時代的輝煌譜寫者。他曾在納粹時期研製出「V-2」導彈,被公認是現代火箭和導彈之父。

距離人類第一次登月,已經足足過去了 50 年|視覺中國
距離人類第一次登月,已經足足過去了 50 年|視覺中國

  冷戰時期,布勞恩帶領的美國航天國家隊,後發製勝超越蘇聯。在他逝世後的幾十年間,世界格局風雲變幻,太空軍備競賽也因蘇聯的解體而告終。儘管月球再無人類留下新腳印,但衛冕者山姆大叔已經開始琢磨如何去征服火星。

  眼下,航天擂台迎來了新的世紀對決,一場由商業引擎驅動的太空競賽開始了。

  接捧薪火的埃隆·馬斯克,註定要被載入史冊。他一手創立的美國太空探索技術公司 SpaceX,把航天史上的若幹個「不可能」變為「可能」。

  在距離地表 500 公里左右的太空,SpaceX 旗下的天基互聯網工程「星鏈」(Starlink)正有序推進著。在此之前,Teledesic、銥星一代、Globalstar 這三家公司將數百億美元投入到衛星互聯網的建設,無一例外都失敗了。

  而新故事的開篇,像極了馬斯克一個人的武林,但越來越多的商業航天新勢力拿到了入場券:美國的 OneWeb 和亞馬遜,加拿大的 Telesat 都在緊鑼密鼓地佈局自己的星鏈計劃。

  群雄逐鹿的,還有位於大洋彼岸的世界第二大經濟體——中國。從上世紀 70 年代起,中國航天先後把東方紅、長征、神舟、玉兔和天宮送入太空。從載人航天到深空探索,中國航天的主旋律也在發生結構性變化。國家隊之外,民營航天 2015 年登上 T 台,通過參與中國版星鏈的建設,湧入到太空競賽 2.0 的時代洪流中。

  航天新交鋒,緣起 2015

  馬斯克創立 SpaceX 的初衷,並不是奔著賺錢去的。

  2001 年,還在經營 PayPal 的馬斯克,跟朋友聊到「美國為什麼還沒有登陸火星」的話題。按照他的理解,既然人類在 1969 年就能登上月球,就理應在 21 世紀造訪火星。

  他翻遍 NASA 官網,沒有任何登陸火星的計劃。心有不甘的他,三次赴俄購買洲際火箭。就在付款交易前,他才意識到,雖然美國航天實力穩居世界之首,但航天科技停滯在冷戰期間的水準。

  解決太空運輸的難題迫在眉睫。於是,馬斯克果敢地賣掉 Paypal,用得來的資金在 2002 年註冊了 SpaceX。其首要任務是做出先進的運載火箭,並以「獵鷹」作為該系列的命名。

  前 6 年時間,「獵鷹一號」發射三連敗。SpaceX 因巨資消耗,數度瀕臨破產倒閉。直到 2008 年 9 月,「獵鷹一號」從馬紹爾群島的瓜加林環礁發射升空,成功進入地球軌道:史上第一枚由私人公司研發的液體燃料運載火箭誕生了!

  就在火箭成功發射的半年前,馬斯克孤注一擲,往 SpaceX 的賬戶上注資了 1 億美元。「獵鷹一號」幾乎耗光了公司所有的資金,但幸好,它成功了。

  曾參與過嫦娥探月工程等國家重大航天項目的謝濤,在 2014 年 4 月在北京中山公園舉辦的一場峰會上,第一次見到了馬斯克本人。

  當時他還在某航天院所任職,得知馬斯克以Tesla CEO 的身份來華,為了親睹這位「太空狂人」的風采,他咬咬牙,花了高價票錢,坐在觀眾席翹首以盼。

  他記得很清楚,馬斯克演講前播放了一段開場視頻。只見畫面中的「獵鷹」像穿雲箭一樣紮進天宇,然後又準確地找到了海上回收平台,穩穩地垂直降落。

  馬斯克沒有拿 CG 動畫忽悠大夥兒。轉年年底,吸引全世界目光的「名場面」來了。只見獵鷹九號把 11 顆通訊衛星送入軌道,隨後依靠垂直起降技術,第一級火箭穩穩降落。屏幕前的人們目睹了從發射到回收的全過程,這是名副其實的世界首創。

星鏈(Starlink)衛星的創新設計和「一箭 60 星」獨特的排列堆疊方式|Starlink 官網
星鏈(Starlink)衛星的創新設計和「一箭 60 星」獨特的排列堆疊方式|Starlink 官網

  SpaceX 總有重磅炸彈拋出。2015 年,馬斯克拋出了名為「星鏈」(Starlink)的天基互聯網項目,計劃從 2019 年起將 1.2 萬顆通信衛星發射到近地軌道。發射任務由可回收、可複用的獵鷹九號執行。

  同年,中國以吉林一號衛星發射入軌為標誌,正式打開了商業航天的大門。謝濤也從體製內出來,成立了自己的商業衛星公司——九天微星。

  其實行業最早的一筆融資要追溯至 2014 年,民營火箭企業翎客航天收穫了 815 萬元融資。此後,長光衛星、藍箭航天、天儀研究院、零壹空間等民營航天先後拿到了啟動資金。而促成民營商業航天成立和民間資本參與到科工項目的原因,歸功於國家軍民融合的開放性政策,為懷揣航天夢的創業者們提供了孕育土壤。

  2016 年,國務院發佈了《「十三五」國家戰略性新興產業發展規劃》和《2016 中國的航天》白皮書,相繼提出了「鼓勵引導民間資本參與航天科研生產,大力發展商業航天和衛星商業化應用,完善政府購買航天產品與服務機製」等內容,從政策方面加速了商業航天領域的推進速度。

  三維信息高速公路

  眼下,中國商業航天完成了第一個五年征程,一批創業者進入到和馬斯克同台競技的練習場,圍繞商業航天施展拳腳。其中不乏有和馬斯克一樣的非科班人才。

  幹了 16 年互聯網的徐鳴,捕捉到商業航天潛在的機遇,在 2018 年一腳急刹,從獵豹移動總裁的位置離席,縱身紮進航天賽道,創立了商業衛星公司銀河航天。

  航天屬於長週期、重投入的產業,且一直受封閉管製。跨界之難,徐鳴不是沒有深思熟慮。不過他篤信互聯網圈流行的「管製往往意味著巨大的機會」這句話。他保守估算,中國航天工業約有 3000 億人民幣的產值。從某種程度上來說,「航天可能是中國最後一個開放的大規模工業體系。」

  透過哈勃望遠鏡觀察浩瀚星海,曾是他緩解創業苦悶心境的重要消遣,這台懸浮在太空中的望遠鏡,為他創立銀河航天埋下了伏筆,也漸漸地成為「太空互聯網」概念的早期啟蒙。

  「哈勃望遠鏡通過太陽能發電,利用可見光、紅外等敏感器輸入信息,再提供計算功能,最終把照片輸出到地面」,按照徐鳴理解,哈勃望遠鏡相當於一座太空中的大型計算機。

  若以同樣的邏輯來看今天的衛星產業,就不難發現,「它不再是傳統的航天衛星產業,而是太空中另一種形態的計算機行業。」而這種全新的形態,就構成了所謂的「太空互聯網」,亦是銀河航天選擇切入的方向。

  想要詮釋「太空互聯網」的概念並不困難。簡言之,它是由過去地面信息高速公路的二維網絡升級到了三維模式。這個第三維度,就是衛星。

  顯然,馬斯克對「太空互聯網」的商業價值有自己的如意算盤。否則不會在 2005 年就購買薩里衛星技術公司 10% 的股份,對衛星產業做前瞻佈局。

  現在,行業終於清楚了星鏈的戰略地位:它不僅在初期能夠解決偏遠地區網絡覆蓋的問題,為全球 2 億到 4 億人提供互聯網服務,後期還可以在上面加裝傳感器,用於遙感、量子密鑰、精準導航等服務。

  實際上,星鏈已經升格為由衛星星座構建而成的「太空新基建」。不管新入局的玩家以何種方式和概念進入市場,都繞不開與 SpaceX 的較量。眼下,馬斯克的天基互聯網工程「星鏈」正以「一箭 60 星」的效率發射了六輪,進入到快速部署階段。

  如果不出意外,SpaceX 將率先向全美提供衛星寬帶的接入服務。未來每年可從中賺取 300 億美元,相當於 SpaceX 向國際空間站發送衛星和有效載荷收入的 10 倍。

  儘管圍繞星鏈的緊追緊趕過程中,獲取加速度至關重要,但航天的道路沒有捷徑可走,只能腳踏實地。而中國商業航天的參與者們,正在想盡辦法實現「從零到一」的里程跨越。

  「新舉國體製」 VS SpaceX

  2020 年,中國版星鏈計劃或將揭開神秘面紗。除了航天科工和航天科技兩大集團公佈的「虹雲」和「鴻雁」工程備受矚目外,有實力的民營衛星企業,也在躍躍欲試,渴望交上成績單。

  但謝濤直言:「能做衛星總體的民營企業,目前不超過 10 家,能做出互聯網通信衛星的企業,又少之又少。」

  今年年初,銀河航天發射了中國首顆通信能力達 10Gbps,200 公斤級的低軌寬帶衛星。有物聯網衛星平台能力基礎的九天微星,已進入互聯網衛星的研發階段。其他玩家,或受製於技術,或考慮資金和市場等因素,仍在遲疑和觀望。

銀河航天首發星採用 Q/V 和 Ka 等通信頻段,具備 10Gbps 速率的透明轉發通信能力,已於今年 1 月 16 日發射升空|銀河航天
銀河航天首發星採用 Q/V 和 Ka 等通信頻段,具備 10Gbps 速率的透明轉發通信能力,已於今年 1 月 16 日發射升空|銀河航天

  從窄帶衛星演進到寬帶衛星,謝濤考慮的是,衛星互聯網已是必然趨勢。基於民營公司的財力和技術狀態,擁抱趨勢的最佳姿態,可以是用「IT 思維干航天」。況且窄帶衛星和寬帶衛星對應的專業技術體系是相通的。所以九天微星今年有兩件事要重點抓:一是研製出對標星鏈的互聯網衛星,然後擇機發射;二是做好衛星的批量化生產和載荷研發工作。

  有行業內人士推斷,前面三年,衛星的製造和發射投入是最大的。衛星互聯網實現穩定的全球覆蓋,起步星通常是 800 多顆。「馬斯克號稱一天量產 6 顆,如果我們能做到三天一顆,年產 100 顆,就已經非常好了。

  該行業內人士列舉了衛星產值比例,假設星座製造和發射是 1000 億,那麼運營市場就是 2000 億,再加上各種連接終端,還有 7000 億的市場規模。行業不僅覬覦這萬億市場,而且意識到軌道資源的稀缺性,以及先占先得,掌握話語權的重要性。中國的商業航天從未有過如此迫切。

  但國情決定了,「中國衛星企業不能像 SpaceX 那樣,既做衛星製造與發射,又做衛星運營。」業內人士推斷,中國版衛星互聯網的產業鏈會被切分為三大塊:衛星研製企業是供應商,下遊企業是終端應用商,系統總體設計及投資運營主體由國家隊把控。「行業未來的發展趨勢,一定會朝百團協同作戰的方向邁進。」

  所以,衛星企業與其自詡「中國版的 SpaceX」,不如定位於「太空界的華為」更符合實際。但無論如何,航天賽道的玩家還是會被追問:「拿什麼超越馬斯克?」很多人清楚,「100 個商業航天創始人裡面可能也出不了一個馬斯克。」不然,外界不會在火箭回收技術和星鏈問題上,「從看不起,到看不懂,再到現在拚命追,」某商業衛星企業創始人如是說。

  畢竟,SpaceX 是一家 18 年的老牌企業。他的成長路徑,是特定時期的孵化結果。中國想要與其競爭,不能簡單地對比和參照。謝濤強調:「不是說 SpaceX 先做火箭,再做衛星,最後登陸火星,中國的公司這麼做就能贏。」

  國情不同,環境不同,發展不同,要在這場競賽中取勝,需要深挖問題本質。在衛星的三大產業鏈中,每個單點都能做成一門生意。最終多點陣彙聚,形成的「新舉國體製」,或許是中國商業航天用橫向思維超越 SpaceX 縱向發展的捷徑。再往後推演,如果時機成熟,不排除通過資本撮合或其他手段,出現一到兩家民營商業航天的巨頭。

  求快還是求穩

  「中國版星鏈規模化部署和應用落地,恐怕還需要等 3 到 5 年,」謝濤坦言。不過,按照最壞打算,假設五年內中國版星鏈的發射為零,即便 SpaceX 提高發射頻次和效率,1 萬顆衛星發射也是極限。其餘 4 萬顆的軌位,是留給中國參與者們的機遇。

  至於中國版星鏈未來的營收和回報率,徐鳴按照中國通信產業 2 萬億人民幣的市場規模來算,今天在歐美衛星通信占整個通信產業的比例是 2% 到 3%,中國只有百分之零點幾。如果追平至歐美的發展水平,一年會帶來四五百億的收入。

  製造成本是商業衛星企業非常在意的要素之一。過去,航天「物件」都是專用的。以衛星為例,衛星運行軌道上有太空射線、溫差等一系列特殊的空間環境,必須使用專用芯片。經過七八年左右的發展,太空芯片已經可以和地面的芯片以及汽車工業體系進行融合。銀河航天在研發和生產首發星的過程中,部分元器件採用的是工業級或汽車級產品,保證功能相同的情況下,有效降低了成本。這家公司負責人表示,會繼續和國內元器件生產商,就中國商業航天衛星元器件的研發和生產,做新模式的探索。

  儘管中國商業航天參與者們積極追趕的態度是鮮明的,製約中國版星鏈騰飛的另一個重要因素,是運載火箭供給能力的嚴重不足。

民營火箭公司已經把大推力運載火箭的研製,提上了日程|視覺中國
民營火箭公司已經把大推力運載火箭的研製,提上了日程|視覺中國

  由於固體火箭有研製週期短,可靠性更好的優勢,航天初創團隊一般先發射固體火箭,以便向市場證明技術實力。但固體火箭的直徑不超過 3 米,近地軌道(LEO)載荷不超過一噸,這意味著其無法承擔中型運載火箭的任務,後者在一箭多星、佈局星座衛星方面佔據絕對優勢。

  一個殘酷的事實是,目前市場上還沒有針對低軌寬帶衛星星座設計的低成本中型商業運載火箭。幾乎所有的衛星發射,依靠的都是國家隊的火箭:長征和快舟。雖然火箭強大而穩定,但長征大部分在執行國家任務,商業火箭快舟最多「一箭 6 星」,供給不足就需要預約排隊。而且,國內運載火箭每公斤 2 萬到 3 萬美金不等的發射報價,比獵鷹九號足足高出四到五倍。

  無奈,商業衛星企業只能拿國家隊成熟的火箭做星箭一體化的設計。談到「一箭多星」問題,謝濤指出,單次發射數量和衛星發射包絡、火箭運載能力、衛星星座構型等都有關係,不能機械化地進行簡單對比。「如果非要對標 SpaceX 的一箭 60 星,拿長征 5 號也是可以實現的,只不過是代價的問題。」

  謝濤期盼民營火箭公司,在運載能力和可回收技術方面盡快取得突破,早日研製出低成本、可靠性高的中型運載火箭。「只有那樣,和他們談星箭一體化才有意義。」

  總體來看,現階段的衛星技術突破更容易,民營火箭企業的挑戰更大些。由於火箭失敗的成本太高,整套系統工程只有點火見成敗,且沒有第二次機會。相較於衛星公司,火箭公司更重穩健,這是行業普遍認同的共識。

  藍箭航天 CEO 張昌武信守「慢一點比較快」,這家公司曾因「求快」走過彎路。為了縮短首枚火箭的研發時間,藍箭計劃以外包集成的方式完成產品,「這樣零部件不必全部親自動手,發動機更可以仰賴體製內科研院所的技術轉讓。」但發動機交易合同最終泡湯,倒逼藍箭不得不去自主創新。

藍箭航天研製的朱雀一號(右)和朱雀二號(左)運載火箭發射升空的遐想圖|藍箭官網
藍箭航天研製的朱雀一號(右)和朱雀二號(左)運載火箭發射升空的遐想圖|藍箭官網

  哪裡薄弱攻哪裡。張昌武把團隊技術人員填充到 80%,其中半數跟火箭發動機死磕。「民營火箭公司肩負著中國商業運載火箭發展的重任。」面對巨大的市場增量空間,藍箭團隊的技術路線是專攻可重複使用的液氧甲烷發動機,希望能夠通過研發液氧甲烷液體火箭填補中型運載火箭商業發射這塊空白。去年 5 月,藍箭航天 80 噸液氧甲烷發動機「天鵲」全系統試車四次全勝。如果一切順利,「朱雀二號」火箭將搭載這台發動機,今年發射。

  不過美國商業航天公司 SpaceX 和藍色起源,也都相繼研發出了這種環保經濟的發動機。液氧甲烷被公認是下一代低成本火箭的首選推進劑。倘若能夠趕在這兩家公司之前發射, 「朱雀二號」或將成為首枚液氧甲烷發動機驅動的運載火箭。

  商業航天新希望

  中國的民營商業航天已達成了兩個「關鍵之首」。

  除銀河航天首個在軌運行的寬帶互聯網衛星,還有同屬順為投資的商業火箭公司星際榮耀,在 2019 年成功發射的雙曲線一號固體運載火箭。掌舵者是中國航天領域有20多年工程經驗的從業者彭小波,其遵循「小步快跑,快速迭代」的技術路線,目前正在往「由固到液,由小到大的」運載火箭方向發展。

  此前,藍箭航天和零壹空間發射「朱雀一號」和「OS-M」運載火箭雙雙失利。儘管張昌武堅信藍箭能夠從中汲取經驗教訓,公司的發展節奏不會受到影響。但對於需要資本支撐的商業航天來說,既然藍箭不再研發新的固體火箭,那就更需要自我鞭策,加快其液體火箭研製的速度。

  目前,可重複使用火箭的成功案例只有 SpaceX 的獵鷹 9 號,搭載的梅林發動機使用的是液氧煤油。未來標配「猛禽」液氧甲烷發動機的獵鷹火箭,可重複利用性會更好。藍箭也表示有發展可回收火箭的計劃,但還沒有到開始的時候。

  區別於美蘇爭霸期間的太空軍備競賽,當下這場新競賽比拚的不僅是技術,也不純是商業閉環的能力。表面上,太空商業巨頭 SpaceX 站在了前台,背後實際仍然是一場國與國之間科技實力的較量。無論是美國聯邦通信委員會(FCC)簡化小衛星發射許可流程,抑或是美國空軍和 NASA 對 SpaceX 的支援和幫扶,背後都是國家意誌的某種體現。

  在上世紀的太空軍備競賽中,美國把軍用技術做民用轉化,把先進的航天技術轉化成商業產品,雖然在阿波羅上投了很多錢,但後續回報也非常高。蘇聯卻一味地出拳秀肌肉,深陷軍備競賽的泥潭中,幾乎沒有民用技術沉澱。或許我們應該以史為鑒,太空競賽 2.0 時代更加錯綜複雜。中國僅靠現有的民營航天跟 SpaceX 出牌,是遠遠不夠的。幸好,科技、政策和市場在過去五年的開放和發展程度有目共睹,中國商業航天加速勢在必行。

  就像徐鳴所說:「我們往往會高估未來兩三年的變化,卻低估未來 10 年的發展。」大家也許對中國商業航天的今天感到失望,但如果放眼更長的時間維度,應該會有不少驚喜。更何況,這也是一場不能缺席的比賽。

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