4月下旬以來,馬斯克又一次站到了聚光燈中央。這一次,吸引關注的不是特斯拉,而是他的另一家公司——SpaceX。
此前,SpaceX的星鏈計劃在2019年10月16日將衛星發射總數量從1.2萬顆更新到了令人咋舌的4.2萬顆衛星。
這些衛星,將打造天基網際網路,實現高帶寬、低延時的衛星通信。
4月22日,當這一宏偉計劃的第七批60顆衛星上天后,馬斯克進一步宣稱:該衛星網際網路業務「3個月內內測,6個月內公測」。
星鏈計劃發射中的衛星,像一串夢幻的「星際列車」。
「高帶寬、低延時」,聽上去完全是衝著中國正大力發展的5G而來。
至今,SpaceX已發射的星鏈衛星總數達422顆。而今年,星鏈共計劃送1000多顆衛星上天。
未來,如果4.2萬顆衛星全部上天,則馬斯克會憑一己之力,將目前太空的衛星密度提高20倍——目前,人類發射的仍然在軌的衛星數量僅為2000顆左右。
這4.2萬顆衛星多數會分布在500多公裡高度的近地軌道,它們將把近地外太空分割成一個個如北京城大小的區域,每顆衛星之間的距離為240公裡左右。
而在吸引眼球的衛星上天背後,一場被忽視的資源競爭有正在展開——畢竟太空不是誰家,衛星不是想發就發。
每一顆進入澄澈星空的人造天體都需要先經歷凡塵地面的「紙上談兵」,這裡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、磨人的國際會議乃至糾紛。
這就是圍繞衛星頻率資源——這一衛星上天的「通行證」——的爭奪。
本文,「甲子光年」採訪了天儀研究院創始人兼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、技術總監朱太平等業內從業者,看馬斯克如何實現他的太空大版圖,以及中國在太空競爭中的差距與機會。
儼然落後的資源競爭
在馬斯克發射4.2萬顆衛星背後,一場由商業航天公司發起的太空資源爭奪戰正在拉開。
這背後,既有個體公司的「神通」,也有整個國家的支持。
實際上,衛星頻率或衛星軌道可以說是一種不可再生的戰略資源。
「理論上從地球表面以上180公裡到地球同步軌道之間可以發射無數顆衛星,屬於可再生資源。但星鏈這種由成千上萬顆小衛星組成的網絡,當一小部分衛星損壞或壽命結束,會發射新衛星補網,而不是把整個軌道資源讓出來。這就形成『先佔永得』的局面。」 朱太平告訴「甲子光年」。
此外,考慮到衛星安全運行的需要,也要對太空衛星數量進行限制。
既然資源不可能無限,爭奪必然激烈。
早在上世紀90年代,美國銥星公司就提出銥星計劃,向近地軌道發射了66顆衛星,以提供全球任何地點的電話業務。2015年,馬斯克宣布SpaceX推出星鏈計劃,向近地軌道發射1.2萬顆通信衛星。隨後到2018年3月,聯邦通訊委員會FCC做出批准,允許其將4425顆衛星送入軌道;同年11月, FCC再次批准其將7518顆衛星送入軌道,為SpaceX打造完整太空衛星網絡鋪平了道路。
2016年,由軟銀投資的英國商業航天公司OneWeb準備用720顆衛星實現低軌覆蓋,計劃先對發達國家地面網絡未覆蓋的中小型企業開展B2B衛星通信服務,之後再對偏遠地區提供服務。
今年,OneWeb和SpaceX又先後擴充了衛星規模,其中OneWeb追加了1260顆衛星的申請,SpaceX則追加了3萬顆衛星。不過OneWeb現在是出師未捷身先死,該公司由於融資困難等問題已提交破產申請;而SpaceX追加的3萬顆衛星對應的頻率正在申請中。
除此之外,美國電商巨頭亞馬遜也提出了自己的星鏈計劃Kuiper項目,計劃向近地軌道發射3236顆衛星,但項目處於早期研發階段,還未發射任何衛星。
粗算下來,僅這幾家商業航天公司的星座計劃包含的衛星總數已經超過4.7萬顆。
未來地球將被各種衛星團團包圍
中國在2017年,也推出了自己的「星鏈」計劃——虹雲工程,該工程由中國航天科工執行,計劃發射156顆衛星,在距離地面1000公裡的軌道上組網運行,構建一個星載寬帶全球移動網際網路。
此外,中國航天科技集團也推出鴻雁星座計劃,在 2022 年建成由 60 顆衛星組成的通信網絡;二期計劃到2025年部署320顆衛星,構建「海、陸、空、天」一體的衛星移動通信與空間網際網路接入系統,實現全球任意地點的網際網路接入。
民營商業航天公司中,九天微星的物聯網星座則包含72顆衛星。這些衛星已部分發射,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星部署數量上看,600對陣1.2萬,雙方差距十分懸殊。
在差距背後,有一個規則問題——太空資源雖然是人類共有的資源,但衛星不是想發就能發。太空也要講「基本法」。
這個「基本法」就是太空頻率申請規則,即由主管國際信息通信技術事務的機構——國際電信聯盟制定的《無線電規則》。
根據《無線電規則》,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「先登先佔」的原則協調分配。
在2019年世界無線電通信大會上,來自北理工大學的中國代表正在爭取尚未分配的太赫茲頻譜權益。
目前,地球靜止軌道上C頻段通信衛星已近飽和,Ku頻段通信衛星也很擁擠。
近年來,包括日本、印度、韓國、馬來西亞在內的亞太國家,紛紛自行或聯合製造通信衛星,搶佔軌道資源。各國衛星之間出現「撞車」的情況時有發生。搶佔衛星頻率和軌道資源,爭奪太空優勢,已成為當今世界衛星發展領域的熱點之一。
如今商業航天公司爭奪的近地軌道資源,正是這種「先登先佔」的蛋糕。
國內民營商業航天公司天儀研究院衛星副總師陳剛告訴「甲子光年」,在美國,SpaceX需向聯邦通訊委員會提交衛星用頻申請,而且FCC對馬斯克的星鏈計劃也有政策上的傾斜,在申請過程中製造了很多便利。
FCC在一份聲明中就曾表示:「通過這一行動,委員會將進一步採取措施,提高美國高速寬帶的可用性和競爭力。」這也側面印證了FCC對星鏈計劃的支持,因此SpaceX能夠很快申請到相關頻率。
實際上,FCC不僅對包括SpaceX在內的商業航天項目給與支持,在外還有專人常駐國際電信聯盟,目的就是守在門口要頻率資源。
這種積極、強勢的政府風格,是SpaceX等美國民營商業航天公司獲得如此巨量衛星頻道資源的重要原因。
而在國內,角色類似於美國FCC的機構是國家無線電管理局,隸屬於工信部。
它的職責是對內分配資源,對外申報、協調衛星頻率。
目前國內大多數的衛星發射項目依然由國有航天企業掌握,這些資源由國家配給,單個國企又缺乏向上推動政府更積極參與國際資源競爭的商業動力。
而本就弱勢的國內民營商業航天企業,雖然有獲得更多資源的商業動力,但在現行體制下,也較難推動上級採取動作。
回看過往,在導航衛星的頻率爭奪上,中國就吃過虧。
美國的GPS衛星系統到目前為止仍是全球主流的衛星定位系統,向全球免費開放使用,一度佔據了全球導航市場90%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、導航作用外,GPS還有授時功能——它掌握著時空定位能力,已經融入了國民經濟建設和社會發展的各個應用領域,是生產作業、乃至軍事活動的重要基礎設施。
在衛星頻率上,起步於上世紀70年代的GPS和同時代的蘇聯格洛納斯定位系統,在早期搶佔了中軌道全部5個導航頻段中的4個,坐擁黃金C位。這讓他們在不需要發射太多數量衛星的同時,也能保證定位的精度,還能減少發射和運營成本。
等中國的北鬥和歐洲的伽利略計劃在2000年前後起步時,就只能搶邊角料了,雙方為頻率申請的先後問題拉扯了8年。
然而現在,和導航衛星的頻率爭奪不同,新一輪太空資源爭奪賽中,中國商業航天在天基網際網路方面與美國的起跑時間相差無幾。
如果說,過去是由於起步太晚,導致頻率爭奪佔了下風,這一次,就沒有理由再落後了。
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』這個詞。」天儀研究院創始人兼CEO楊峰告訴「甲子光年」。
即使一個國家或企業,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。
「如果它的衛星成本很貴,它的火箭運載很貴,衛星上去又不好使,它建起來的網絡沒人用,不也是白搭嗎?」楊峰說。
換句話說,頻率資源,是發展太空業務的必要非充分條件。
在他看來,太空資源的爭奪,除了頻率資源,還要考驗一家企業的持續融資能力、火箭發射能力、衛星製造能力,以及持續運營能力。
一個眼前的例子便是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星的公司,目前其在軌運行衛星已有74顆,並先後獲得軟銀20億美元的投資。然而由於成本太高,衛星業務不僅無法變現還連連虧損,加上新冠肺炎帶來的影響,最終其在今年3月底提交了破產申請。
對此楊峰曾分析稱,OneWeb在融資、收入、競爭、發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問題。
說白了,拼到最後,還是要看技術能否足夠好,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。
根據自媒體「小火箭」創始人、北京航空航天大學博士邢強測算,2020年1月SpaceX發射60顆衛星的總成本約為3500多萬美元,平均下來,每個重達260公斤的衛星發射成本不足60萬美元,每公斤發射成本只有2300美元。
而在業內,SpaceX的獵鷹火箭之後,被認為世界上第二便宜的商用火箭發射費用也在1萬美元/公斤左右。
楊峰也表示,目前獵鷹9的發射價格對外是6200萬美元,但是其他的火箭可能一發要上億美元;SpaceX一次發射火箭可以裝60顆衛星,而在傳統的方式下只能裝30顆,甚至更少。此外,SpaceX號稱一顆衛星的造價僅50多萬美元,而一般傳統的衛星造價要在兩三百萬美元,甚至更多。
星鏈計劃發射畫面,目前SpaceX的火箭已能實現一次發射60顆衛星
在運載能力方面,SpaceX在2018年發射了一枚獵鷹重型運載火箭,運載力達63噸。能製造如此大推力運載火箭的國家,也只有美國和俄羅斯。而我國目前比較先進的軍用運載火箭 長徵5號,近地軌道運載力是25噸,地球同步軌道運載力僅為14噸,遠不及獵鷹重型火箭。
不可否認,中國航天的整體技術水平、發射成功率在全球範圍內名列前茅。《中國航天科技活動藍皮書》的數據稱,2019年,在102箭、492個太空飛行器的世界航天發射版圖中,中國航天以全年發射運載火箭34次、太空飛行器86個的成績,分屬第一、第二的位置。
技術不差,可細算下來,為什麼就出現這麼大的差距?
這是因為,中國航天長期以國有經營為主,一直以國家軍事任務、探測任務為先。這就意味著,其研發、製造費用可以不計成本,並不以市場競爭為出發點。
而美國商業航天市場早在上世紀便已形成,銥星便是一個例子,儘管困於商業化瓶頸被收購,但它的技術積累和商業化探索仍是一筆寶貴的財富。
此後的SpaceX站在前人的基礎上,不僅把衛星研發成本降低到50萬美元的極低水平,還在全球首次掌握了火箭回收技術,大大降低了衛星發射成本。
這帶來一個啟示:長期被國家支撐的航天產業,需要一條靈活的「鯰魚」來攪動這攤靜水。
僅有國家隊是不夠的
這條「鯰魚」,就是民營商業航天企業。
國內民營衛星創業公司九天微星的副總裁李源告訴「甲子光年」,發展民營商業航天的目的,就是為了降成本,做創新。
首先,國內航天成本高的重要原因是供應鏈可選較少,市場化不夠。
中國的航天長期是國家隊在做,許多供應鏈沒有向商業市場開放,這就造成國內航天產業供應鏈的市場化成熟度較低。
據「甲子光年」了解,一般情況下,國內傳統航天公司在研發航天產品時,如果需要哪些系統部件,它會自己成立一個研究院所,然後把子系統的研發生產放到該研究院所,自己消化掉。
這樣的結果就是,每家公司都變成了一個總包單位,形成了封閉的供應鏈。儘管這需要大量的資金投入,甚至有一些是重複投入,但由於研發生產的背後是國家財力支撐,因此不差錢。
在某些環節,中美航天產品製造成本的差距甚至可達十倍以上。
缺乏成熟供應鏈,同樣給民營商業航天公司帶來成本居高的問題,制約民營商業航天的發展。
第二,傳統航天沒有形成好的技術成果轉化創新機制。
美國有很多研究院所做的航天技術創新,中國並不是沒有做過或者想過,只不過最後沒敢做。
沒敢做的原因,既有供應鏈上的差距,又有體制上的制約。「甲子光年」了解到,由於國內航天公司承擔著國家發射任務,對安全、穩定要求極高,對試錯的容忍度不及民營商業航天公司,因此對冒風險的技術創新比較謹慎。
第三,則是國內傳統航天企業的技術遷移能力不夠。
「中國需要去做的一點,就是跨圈。」李源說。
說白了,做航天創新,不能只從航天圈去想,還要從其他圈子——包括5G的圈子、車規級的圈子、工業的圈子——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。
放活民營商業航天,是倒逼解決這些問題的最好方法。
美國航天基金會2019年的數據顯示,全球航天經濟總量已達3835億美元。其中,商業航天收入3073億美元,約佔全球航天經濟總量的80.1%;政府航天收入762億美元,約佔19.9%。
從美國的數據來看,商業航天已成為航天經濟總量增長的主要因素,而民營商業航天公司將會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域尤其是載人探月探火等方面,很可能面臨與美國的同臺競爭,屆時民企的作用將進一步凸顯。例如,載人登月需要靠國家隊,但建設月球基地可能更需要民企,因為月球資源開發市場風險高、具有很大不確定性,完全花納稅人的錢去開發未必妥當,而民企則更適合。
這裡必須再提一下馬斯克,在中國專家認為需要靠「國家隊」來做的載人航天領域,馬斯克也不會放過。
5月27日,SpaceX計劃用其自主研發的載人龍飛船進行首次載人飛行,將兩名NASA太空人送往國際空間站。
包括SpaceX在內的美國商業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域開展「軍民融合」,引入民營企業活水的必要性。
下一場「星球大戰」,已在路上。這一次,主角不能再依靠甘願騎自行車上班的院士。像馬斯克這樣有知識、有野心也有資本加持的「科技大亨」,中國也不怕來一沓。