4月下旬以來,馬斯克又一次站到了聚光燈中央,這次,吸引關(guān)注的不是特斯拉,而是他的另一家公司——SpaceX。
此前,SpaceX的星鏈計(jì)劃在2019年10月16日將衛(wèi)星發(fā)射總數(shù)量從1.2萬顆更新到了令人咋舌的4.2萬顆衛(wèi)星(1.2萬顆已獲批準(zhǔn),3萬顆已提交申請)。
這些衛(wèi)星,將打造天基互聯(lián)網(wǎng),實(shí)現(xiàn)高帶寬、低延時(shí)的衛(wèi)星通信。
4月22日,當(dāng)這一宏偉計(jì)劃的第七批60顆衛(wèi)星上天后,馬斯克進(jìn)一步宣稱:該衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)“3個(gè)月內(nèi)內(nèi)測,6個(gè)月內(nèi)公測”。
星鏈計(jì)劃發(fā)射中的衛(wèi)星,像一串夢幻的“星際列車”。
“高帶寬、低延時(shí)”,聽上去完全是沖著中國正大力發(fā)展的5G而來。
至今,SpaceX已發(fā)射的星鏈衛(wèi)星總數(shù)達(dá)422顆。而今年,星鏈共計(jì)劃送1000多顆衛(wèi)星上天。
未來,如果4.2萬顆衛(wèi)星全部上天,則馬斯克會(huì)憑一己之力,將目前太空的衛(wèi)星密度提高20倍——目前,人類發(fā)射的仍然在軌的衛(wèi)星數(shù)量僅為2000顆左右。
這4.2萬顆衛(wèi)星多數(shù)會(huì)分布在500多公里高度的近地軌道,它們將把近地外太空分割成一個(gè)個(gè)如北京城大小的區(qū)域,每顆衛(wèi)星之間的距離為240公里左右。
而在吸引眼球的衛(wèi)星上天背后,一場被忽視的資源競爭有正在展開——畢竟太空不是誰家,衛(wèi)星不是想發(fā)就發(fā)。
每一顆進(jìn)入澄澈星空的人造天體都需要先經(jīng)歷凡塵地面的“紙上談兵”,這里沒有穿過唐懷瑟之門的C射線,也沒有在獵戶座邊緣熊熊燃燒的太空飛船;只有冗長、磨人的國際會(huì)議乃至糾紛。
這就是圍繞衛(wèi)星頻率資源——這一衛(wèi)星上天的“通行證”——的爭奪。
本文,「甲子光年」采訪了天儀研究院創(chuàng)始人兼CEO楊峰,九天微星副總裁李源,北京航天馭星科技有限公司副總裁、技術(shù)總監(jiān)朱太平等業(yè)內(nèi)從業(yè)者,看馬斯克如何實(shí)現(xiàn)他的太空大版圖,以及中國在太空競爭中的差距與機(jī)會(huì)。
1.儼然落后的資源競爭
在馬斯克發(fā)射4.2萬顆衛(wèi)星背后,一場由商業(yè)航天公司發(fā)起的太空資源爭奪戰(zhàn)正在拉開。
這背后,既有個(gè)體公司的“神通”,也有整個(gè)國家的支持。
實(shí)際上,衛(wèi)星頻率或衛(wèi)星軌道可以說是一種不可再生的戰(zhàn)略資源。
“理論上從地球表面以上180公里到地球同步軌道之間可以發(fā)射無數(shù)顆衛(wèi)星,屬于可再生資源。但星鏈這種由成千上萬顆小衛(wèi)星組成的網(wǎng)絡(luò),當(dāng)一小部分衛(wèi)星損壞或壽命結(jié)束,會(huì)發(fā)射新衛(wèi)星補(bǔ)網(wǎng),而不是把整個(gè)軌道資源讓出來。這就形成‘先占永得’的局面。” 北京航天馭星科技有限公司副總裁、技術(shù)總監(jiān)朱太平告訴「甲子光年」。
此外,考慮到衛(wèi)星安全運(yùn)行的需要,也要對太空衛(wèi)星數(shù)量進(jìn)行限制。
既然資源不可能無限,爭奪必然激烈。
早在上世紀(jì)90年代,美國銥星公司就提出銥星計(jì)劃,向近地軌道發(fā)射了66顆衛(wèi)星,以提供全球任何地點(diǎn)的電話業(yè)務(wù)。2015年,馬斯克宣布SpaceX推出星鏈計(jì)劃,向近地軌道發(fā)射1.2萬顆通信衛(wèi)星。隨后到2018年3月,聯(lián)邦通訊委員會(huì)FCC做出批準(zhǔn),允許其將4425顆衛(wèi)星送入軌道;同年11月, FCC再次批準(zhǔn)其將7518顆衛(wèi)星送入軌道,為SpaceX打造完整太空衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)鋪平了道路。
2016年,由軟銀投資的英國商業(yè)航天公司OneWeb準(zhǔn)備用720顆衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)低軌覆蓋,計(jì)劃先對發(fā)達(dá)國家地面網(wǎng)絡(luò)未覆蓋的中小型企業(yè)開展B2B衛(wèi)星通信服務(wù),之后再對偏遠(yuǎn)地區(qū)提供服務(wù)。
今年,OneWeb和SpaceX又先后擴(kuò)充了衛(wèi)星規(guī)模,其中OneWeb追加了1260顆衛(wèi)星的申請,SpaceX則追加了3萬顆衛(wèi)星。不過OneWeb現(xiàn)在是出師未捷身先死,該公司由于融資困難等問題已提交破產(chǎn)申請;而SpaceX追加的3萬顆衛(wèi)星對應(yīng)的頻率正在申請中。
除此之外,美國電商巨頭亞馬遜也提出了自己的星鏈計(jì)劃Kuiper項(xiàng)目,計(jì)劃向近地軌道發(fā)射3236顆衛(wèi)星,但項(xiàng)目處于早期研發(fā)階段,還未發(fā)射任何衛(wèi)星。
粗算下來,僅這幾家商業(yè)航天公司的星座計(jì)劃包含的衛(wèi)星總數(shù)已經(jīng)超過4.7萬顆。
未來地球?qū)⒈桓鞣N衛(wèi)星團(tuán)團(tuán)包圍
中國在2017年,也推出了自己的“星鏈”計(jì)劃——虹云工程,該工程由中國航天科工執(zhí)行,計(jì)劃發(fā)射156顆衛(wèi)星,在距離地面1000公里的軌道上組網(wǎng)運(yùn)行,構(gòu)建一個(gè)星載寬帶全球移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。
此外,中國航天科技(000901,股吧)集團(tuán)也推出鴻雁星座計(jì)劃,在 2022 年建成由 60 顆衛(wèi)星組成的通信網(wǎng)絡(luò);二期計(jì)劃到2025年部署320顆衛(wèi)星,構(gòu)建“海、陸、空、天”一體的衛(wèi)星移動(dòng)通信與空間互聯(lián)網(wǎng)接入系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)全球任意地點(diǎn)的互聯(lián)網(wǎng)接入。
民營商業(yè)航天公司中,九天微星的物聯(lián)網(wǎng)星座則包含72顆衛(wèi)星。
這些衛(wèi)星已部分發(fā)射,雖然沒有公開對外宣稱具體情況,但其中的大部分已獲得頻率許可。
從已獲頻率許可的衛(wèi)星部署數(shù)量上看,600對陣1.2萬,雙方差距十分懸殊。
在差距背后,有一個(gè)規(guī)則問題——太空資源雖然是人類共有的資源,但衛(wèi)星不是想發(fā)就能發(fā)。太空也要講“基本法”。
這個(gè)“基本法”就是太空頻率申請規(guī)則,即由主管國際信息通信技術(shù)事務(wù)的機(jī)構(gòu)——國際電信聯(lián)盟(ITU)制定的《無線電規(guī)則》。
根據(jù)《無線電規(guī)則》,地球同步軌道只有一條,是不可再生資源,各國之間要公平分配;而其他軌道則需要各國按“先登先占”的原則協(xié)調(diào)分配。
在2019年世界無線電通信大會(huì)上,來自北理工大學(xué)的中國代表正在爭取尚未分配的太赫茲頻譜權(quán)益。
目前,地球靜止軌道上C頻段通信衛(wèi)星已近飽和,Ku頻段通信衛(wèi)星也很擁擠。
近年來,包括日本、印度、韓國、馬來西亞在內(nèi)的亞太國家,紛紛自行或聯(lián)合制造通信衛(wèi)星,搶占軌道資源。各國衛(wèi)星之間出現(xiàn)“撞車”的情況時(shí)有發(fā)生。搶占衛(wèi)星頻率和軌道資源,爭奪太空優(yōu)勢,已成為當(dāng)今世界衛(wèi)星發(fā)展領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。
如今商業(yè)航天公司爭奪的近地軌道資源,正是這種“先登先占”的蛋糕。
國內(nèi)民營商業(yè)航天公司天儀研究院衛(wèi)星副總師陳剛告訴「甲子光年」,在美國,SpaceX需向聯(lián)邦通訊委員會(huì)(FCC)提交衛(wèi)星用頻申請,而且FCC對馬斯克的星鏈計(jì)劃也有政策上的傾斜,在申請過程中制造了很多便利。
FCC在一份聲明中就曾表示:“通過這一行動(dòng)(星鏈計(jì)劃),委員會(huì)將進(jìn)一步采取措施,提高美國高速寬帶的可用性和競爭力。”這也側(cè)面印證了FCC對星鏈計(jì)劃的支持,因此SpaceX能夠很快申請到相關(guān)頻率。
實(shí)際上,F(xiàn)CC不僅對包括SpaceX在內(nèi)的商業(yè)航天項(xiàng)目給與支持,在外還有專人常駐國際電信聯(lián)盟,目的就是守在門口要頻率資源。
這種積極、強(qiáng)勢的政府風(fēng)格,是SpaceX等美國民營商業(yè)航天公司獲得如此巨量衛(wèi)星頻道資源的重要原因。
而在國內(nèi),角色類似于美國FCC的機(jī)構(gòu)是國家無線電管理局(即國家無線電辦公室),隸屬于工信部。
它的職責(zé)是對內(nèi)分配資源,對外申報(bào)、協(xié)調(diào)衛(wèi)星頻率。
目前國內(nèi)大多數(shù)的衛(wèi)星發(fā)射項(xiàng)目依然由國有航天企業(yè)掌握,這些資源由國家配給,單個(gè)國企又缺乏向上推動(dòng)政府更積極參與國際資源競爭的商業(yè)動(dòng)力。
而本就弱勢的國內(nèi)民營商業(yè)航天企業(yè),雖然有獲得更多資源的商業(yè)動(dòng)力,但在現(xiàn)行體制下,也較難推動(dòng)上級采取動(dòng)作。
回看過往,在導(dǎo)航衛(wèi)星的頻率爭奪上,中國就吃過虧。
美國的GPS衛(wèi)星系統(tǒng)到目前為止仍是全球主流的衛(wèi)星定位系統(tǒng),向全球免費(fèi)開放使用,一度占據(jù)了全球?qū)Ш绞袌?0%以上的市場份額,全球用戶超過33億。
除了大家都知道的定位、導(dǎo)航作用外,GPS還有授時(shí)功能——它掌握著時(shí)空定位能力,已經(jīng)融入了國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展的各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域,是生產(chǎn)作業(yè)、乃至軍事活動(dòng)的重要基礎(chǔ)設(shè)施。
在衛(wèi)星頻率上,起步于上世紀(jì)70年代的GPS和同時(shí)代的蘇聯(lián)格洛納斯定位系統(tǒng)(蘇聯(lián)解體后由俄羅斯接管),在早期搶占了中軌道全部5個(gè)導(dǎo)航頻段中的4個(gè),坐擁黃金C位。這讓他們在不需要發(fā)射太多數(shù)量衛(wèi)星的同時(shí),也能保證定位的精度,還能減少發(fā)射和運(yùn)營成本。
等中國的北斗和歐洲的伽利略計(jì)劃在2000年前后起步時(shí),就只能搶邊角料了,雙方為頻率申請的先后問題拉扯了8年。
然而現(xiàn)在,和導(dǎo)航衛(wèi)星的頻率爭奪不同,新一輪太空資源爭奪賽中,中國商業(yè)航天在天基互聯(lián)網(wǎng)方面與美國的起跑時(shí)間相差無幾。
如果說,過去是由于起步太晚,導(dǎo)致頻率爭奪占了下風(fēng),這一次,就沒有理由再落后了。
2.僅有頻率資源是不夠的
但是,頻率資源還只是第一道門檻。
“我特別不喜歡聽到‘資源’這個(gè)詞。”天儀研究院創(chuàng)始人兼CEO楊峰告訴「甲子光年」。
即使一個(gè)國家或企業(yè),擁有所有的頻率資源,所有的軌道資源,也不意味著它就能成功。
“如果它的衛(wèi)星成本很貴,它的火箭運(yùn)載很貴,衛(wèi)星上去又不好使,它建起來的網(wǎng)絡(luò)沒人用,不也是白搭嗎?”楊峰說。
換句話說,頻率資源,是發(fā)展太空業(yè)務(wù)的必要非充分條件。
在他看來,太空資源的爭奪,除了頻率資源,還要考驗(yàn)一家企業(yè)的持續(xù)融資能力、火箭發(fā)射能力、衛(wèi)星制造能力,以及持續(xù)運(yùn)營能力。
一個(gè)眼前的例子便是OneWeb。
OneWeb 一直被視作馬斯克SpaceX的勁敵,也是除SpaceX之外僅有的正式批量部署低軌道通信衛(wèi)星的公司,目前其在軌運(yùn)行衛(wèi)星已有74顆,并先后獲得軟銀20億美元的投資。然而由于成本太高,衛(wèi)星業(yè)務(wù)不僅無法變現(xiàn)還連連虧損,加上新冠肺炎帶來的影響,最終其在今年3月底提交了破產(chǎn)申請。
對此楊峰曾分析稱,OneWeb在融資、收入、競爭、發(fā)射所遇到的問題都是表面問題,是冰山露出的一角,而埋藏在深處的則是成本和技術(shù)問題。
說白了,拼到最后,還是要看技術(shù)能否足夠好,成本是否足夠低。
這場中美太空爭奪賽中,頻率資源差距之外,航天成本上的差距也尤為明顯。
根據(jù)自媒體“小火箭”創(chuàng)始人、北京航空航天大學(xué)博士邢強(qiáng)測算,2020年1月SpaceX發(fā)射60顆衛(wèi)星的總成本約為3500多萬美元,平均下來,每個(gè)重達(dá)260公斤的衛(wèi)星發(fā)射成本不足60萬美元,每公斤發(fā)射成本只有2300美元。
而在業(yè)內(nèi),SpaceX的獵鷹火箭之后,被認(rèn)為世界上第二便宜的商用火箭發(fā)射費(fèi)用也在1萬美元/公斤左右。
天儀研究院楊峰也表示,目前獵鷹9的發(fā)射價(jià)格對外是6200萬美元,但是其他的火箭可能一發(fā)要上億美元;SpaceX一次發(fā)射火箭可以裝60顆衛(wèi)星,而在傳統(tǒng)的方式下只能裝30顆,甚至更少。此外,SpaceX號稱一顆衛(wèi)星的造價(jià)僅50多萬美元,而一般傳統(tǒng)的衛(wèi)星造價(jià)要在兩三百萬美元,甚至更多。
星鏈計(jì)劃發(fā)射畫面,目前SpaceX的火箭已能實(shí)現(xiàn)一次發(fā)射60顆衛(wèi)星。
在運(yùn)載能力方面,SpaceX在2018年發(fā)射了一枚獵鷹重型運(yùn)載火箭,運(yùn)載力達(dá)63噸。能制造如此大推力運(yùn)載火箭的國家,也只有美國和俄羅斯。而我國目前比較先進(jìn)的軍用運(yùn)載火箭 長征5號,近地軌道運(yùn)載力是25噸,地球同步軌道運(yùn)載力僅為14噸,遠(yuǎn)不及獵鷹重型火箭。
不可否認(rèn),中國航天的整體技術(shù)水平、發(fā)射成功率在全球范圍內(nèi)名列前茅?!吨袊教炜萍蓟顒?dòng)藍(lán)皮書(2019年)》的數(shù)據(jù)稱,2019年,在102箭、492個(gè)航天器的世界航天發(fā)射版圖中,中國航天以全年發(fā)射運(yùn)載火箭34次、航天器86個(gè)的成績,分屬第一、第二的位置。
技術(shù)不差,可細(xì)算下來,為什么就出現(xiàn)這么大的差距?
這是因?yàn)椋?strong>中國航天長期以國有經(jīng)營為主,一直以國家軍事任務(wù)、探測任務(wù)為先。這就意味著,其研發(fā)、制造費(fèi)用可以不計(jì)成本,并不以市場競爭為出發(fā)點(diǎn)。
而美國商業(yè)航天市場早在上世紀(jì)便已形成,銥星便是一個(gè)例子,盡管困于商業(yè)化瓶頸被收購,但它的技術(shù)積累和商業(yè)化探索仍是一筆寶貴的財(cái)富。
此后的SpaceX站在前人的基礎(chǔ)上,不僅把衛(wèi)星研發(fā)成本降低到50萬美元的極低水平,還在全球首次掌握了火箭回收技術(shù),大大降低了衛(wèi)星發(fā)射成本。
這帶來一個(gè)啟示:長期被國家支撐的航天產(chǎn)業(yè),需要一條靈活的“鯰魚”來攪動(dòng)這攤靜水。
3.僅有國家隊(duì)是不夠的
這條“鯰魚”,就是民營商業(yè)航天企業(yè)。
國內(nèi)民營衛(wèi)星創(chuàng)業(yè)公司九天微星的副總裁李源告訴「甲子光年」,發(fā)展民營商業(yè)航天的目的,就是為了降成本,做創(chuàng)新。
首先,國內(nèi)航天成本高的重要原因是供應(yīng)鏈可選較少,市場化不夠。
中國的航天長期是國家隊(duì)在做,許多供應(yīng)鏈沒有向商業(yè)市場開放,這就造成國內(nèi)航天產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈的市場化成熟度較低。
據(jù)「甲子光年」了解,一般情況下,國內(nèi)傳統(tǒng)航天公司在研發(fā)航天產(chǎn)品時(shí),如果需要哪些系統(tǒng)部件,它會(huì)自己成立一個(gè)研究院所,然后把子系統(tǒng)的研發(fā)生產(chǎn)放到該研究院所,自己消化掉。
這樣的結(jié)果就是,每家公司都變成了一個(gè)總包單位,形成了封閉的供應(yīng)鏈。盡管這需要大量的資金投入,甚至有一些是重復(fù)投入,但由于研發(fā)生產(chǎn)的背后是國家財(cái)力支撐,因此不差錢。
在某些環(huán)節(jié),中美航天產(chǎn)品制造成本的差距甚至可達(dá)十倍以上。
缺乏成熟供應(yīng)鏈,同樣給民營商業(yè)航天公司帶來成本居高的問題,制約民營商業(yè)航天的發(fā)展。
第二,傳統(tǒng)航天沒有形成好的技術(shù)成果轉(zhuǎn)化創(chuàng)新機(jī)制。
美國有很多研究院所做的航天技術(shù)創(chuàng)新,中國并不是沒有做過或者想過,只不過最后沒敢做。
沒敢做的原因,既有供應(yīng)鏈上的差距,又有體制上的制約?!讣鬃庸饽辍沽私獾?,由于國內(nèi)航天公司承擔(dān)著國家發(fā)射任務(wù),對安全、穩(wěn)定要求極高,對試錯(cuò)的容忍度不及民營商業(yè)航天公司,因此對冒風(fēng)險(xiǎn)的技術(shù)創(chuàng)新比較謹(jǐn)慎。
第三,則是國內(nèi)傳統(tǒng)航天企業(yè)的技術(shù)遷移能力不夠。
“中國需要去做的一點(diǎn),就是跨圈。”九天微星李源說。
說白了,做航天創(chuàng)新,不能只從航天圈去想,還要從其他圈子——包括5G的圈子、車規(guī)級的圈子、工業(yè)的圈子——去想接下來可以遷移的模塊或者子模塊有哪些,做大膽的嘗試。
放活民營商業(yè)航天,是倒逼解決這些問題的最好方法。
美國航天基金會(huì)2019年的數(shù)據(jù)顯示,全球航天經(jīng)濟(jì)總量已達(dá)3835億美元。其中,商業(yè)航天收入3073億美元,約占全球航天經(jīng)濟(jì)總量的80.1%;政府航天收入762億美元,約占19.9%。
從美國的數(shù)據(jù)來看,商業(yè)航天已成為航天經(jīng)濟(jì)總量增長的主要因素,而民營商業(yè)航天公司將會(huì)成為航天的重要角色。
航天專家黃志澄曾表示,未來我國在太空探索領(lǐng)域尤其是載人探月探火等方面,很可能面臨與美國的同臺(tái)競爭,屆時(shí)民企的作用將進(jìn)一步凸顯。例如,載人登月需要靠國家隊(duì),但建設(shè)月球基地可能更需要民企,因?yàn)樵虑蛸Y源開發(fā)市場風(fēng)險(xiǎn)高、具有很大不確定性,完全花納稅人的錢去開發(fā)未必妥當(dāng),而民企則更適合。
這里必須再提一下馬斯克,在中國專家認(rèn)為需要靠“國家隊(duì)”來做的載人航天領(lǐng)域,馬斯克也不會(huì)放過。
5月27日,SpaceX計(jì)劃用其自主研發(fā)的載人龍飛船(Crew Dragon)進(jìn)行首次載人飛行,將兩名NASA宇航員送往國際空間站。
包括SpaceX在內(nèi)的美國商業(yè)航天民營公司已是四處開花,虎視眈眈。
這更凸顯了中國在航天領(lǐng)域開展“軍民融合”,引入民營企業(yè)活水的必要性。
下一場“星球大戰(zhàn)”,已在路上。
這一次,主角不能再依靠甘愿騎自行車上班的院士。
像馬斯克這樣有知識(shí)、有野心也有資本加持的“科技大亨”,中國也不怕來一沓。
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