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“天空之戰(zhàn)”,愈發(fā)熱鬧

2024-10-25 00:00:00榮智慧
南風(fēng)窗 2024年22期

2024年10月13日,SpaceX星艦項目首次在發(fā)射場成功回收助推器

太空分外熱鬧。

10月13日,SpaceX星艦首次在發(fā)射場成功回收助推器。發(fā)射塔回收裝置“筷子”(Chopsticks)“夾住”了70米長、搭載33臺猛禽發(fā)動機的助推器,整個流程就像一場發(fā)射“倒放”。

10月9日,法國公布低軌太空監(jiān)視計劃:兩年內(nèi)發(fā)射兩顆衛(wèi)星,“有效保護本國太空資產(chǎn)”。3個月前,法國“阿麗亞娜6號”火箭首次發(fā)射,成功接了歐洲最大火箭“阿麗亞娜5號”的“班”。

10月7日,一艘歐洲飛船乘SpaceX“獵鷹9號”,從美國佛羅里達州海岸翱翔而去。這艘歐洲航天局飛船執(zhí)行名為“赫拉”的任務(wù),計劃訪問兩年前被美國宇航局DART任務(wù)撞擊的小行星。

與此同時,即將營救國際空間站兩名宇航員的龍飛船,正因為颶風(fēng)“米爾頓”而推遲發(fā)射。波音星際飛機和客機一樣問題不斷,SpaceX接手營救任務(wù),再一次沉重打擊老牌軍工企業(yè)。

在中國每年一度的“黃金周”國慶假期,中央廣播電視總臺《天宮看神州》節(jié)目持續(xù)播放。三名航天員自今年4月進入中國空間站“天宮”,在軌展開百余項科學(xué)實驗和應(yīng)用試驗,還能用俯瞰視角給觀眾解說“神州風(fēng)采”。

太空的熱鬧還在后面。中美兩國均瞄準(zhǔn)低地球軌道,緊鑼密鼓開啟“放衛(wèi)星”的激烈競爭。

未來兩年內(nèi),中國將發(fā)射數(shù)百次火箭,將1萬多顆低軌衛(wèi)星送上天。這依然不夠,因為美國申報目標(biāo)已經(jīng)超過5萬顆。

爭奪低軌

按照軌道高度,衛(wèi)星可分為距離地表500公里至1200公里的低軌衛(wèi)星(LEO)、5000公里至20000公里的中軌衛(wèi)星(MEO)、36000公里以上的高軌同步衛(wèi)星(GEO)。

因為近地軌道距離地面更近,傳輸延時最低、速率更高,是目前唯一能實現(xiàn)近似地面通信效果的衛(wèi)星軌道。馬斯克SpaceX公司的產(chǎn)品“星鏈”,正是借助低軌網(wǎng)絡(luò),以商業(yè)通信衛(wèi)星資源援助烏克蘭,使其在俄烏戰(zhàn)爭中維持軍事通信。

俄烏戰(zhàn)爭前,星鏈多少帶點“扶貧”色彩,頂多是“讓天下沒有難上的互聯(lián)網(wǎng)”。而俄烏戰(zhàn)爭作為“第一次商業(yè)太空戰(zhàn)爭”,則揭示了星鏈的重大意義——民用科技加低地球軌道不僅僅是核心戰(zhàn)略資源和戰(zhàn)爭武器,更是潛力巨大的商業(yè)戰(zhàn)場。

星鏈項目始于2015年,2019年首次發(fā)射,是一套由上萬顆近地低空軌道衛(wèi)星組網(wǎng)的空天互聯(lián)網(wǎng)通信體系,也叫“衛(wèi)星星座”。截至目前,星鏈已經(jīng)部署了6000多顆衛(wèi)星,預(yù)計還將發(fā)射3萬余顆。普通用戶只需一套碗筷大小的終端就可以接入互聯(lián)網(wǎng),完全規(guī)避了傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)所需的大量地面基礎(chǔ)設(shè)施和高昂維護成本。

俄烏戰(zhàn)爭期間,星鏈體現(xiàn)出三大特點。一是LEO星座構(gòu)成的冗余彈性網(wǎng)絡(luò),讓傳統(tǒng)反衛(wèi)星武器陷入絕對被動的局面。摧毀一顆衛(wèi)星,需要一枚反衛(wèi)導(dǎo)彈,而SpaceX的廉價火箭一次發(fā)射可以補充60顆衛(wèi)星。

其次是低成本部署。美軍2002年就提出“轉(zhuǎn)型衛(wèi)星通信計劃”,希望將舊有軍用衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸速率提高數(shù)千倍,終因花費巨大被奧巴馬政府取消。SpaceX單次發(fā)射成本只有50萬美元,基本達到了美軍的性價比期待。

第三是商業(yè)航天身份靈活,進退自如?!斑M”可以與無人機結(jié)合實現(xiàn)精準(zhǔn)打擊,“退”可以消耗敵人打擊武器、構(gòu)建去中心化指揮網(wǎng)絡(luò),還不直接代表國家力量。

美國太空發(fā)展署(SDA)在2019年正式提出,將投資數(shù)十億美元發(fā)展以LEO星座為基礎(chǔ)的下一代軍事太空體系。俄烏戰(zhàn)爭的實踐,也證明了這一選擇的正確性。此后,美國軍方接連給SpaceX投下大訂單,合作從單純的火箭發(fā)射拓展到通信衛(wèi)星技術(shù)試驗,星鏈星座寬帶網(wǎng)最終將整合到美軍現(xiàn)有的軍事系統(tǒng)之中。

光是馬斯克一家的星鏈,短短5年就達到6000多顆衛(wèi)星的發(fā)射量,最終目標(biāo)是4.2萬顆。按照頻譜分配的容量,留給其他國家的“空間”實在不多了。

星鏈誕生前,低軌資源近似于“無限可用”。據(jù)中國信通院《6G總體愿景與潛在關(guān)鍵技術(shù)白皮書》顯示,低地球軌道共可容納約10萬顆衛(wèi)星。而根據(jù)ITU數(shù)據(jù),截至2022年4月美國已申報低軌衛(wèi)星50626顆。

光是馬斯克一家的星鏈,短短5年就達到6000多顆衛(wèi)星的發(fā)射量,最終目標(biāo)是4.2萬顆。按照頻譜分配的容量,留給其他國家的“空間”實在不多了。

2020年4月,中國首次把衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)納入“新基建”范疇,并于2021年4月26日成立了中國衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)集團有限公司,負責(zé)統(tǒng)籌規(guī)劃中國衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域發(fā)展。該公司的成立是中國衛(wèi)星通信、衛(wèi)星應(yīng)用產(chǎn)業(yè)的一個里程碑。

2023年10月7日,工信部放開民間資本進入電信業(yè)務(wù),逐步推動衛(wèi)星互聯(lián)領(lǐng)域的準(zhǔn)入制度改革。

2024年3月政府工作報告,首次提到“積極打造商業(yè)航天等新增長引擎”,視其為“新質(zhì)生產(chǎn)力”的重要組成部分。

截至2024年9月,中國向國際電信聯(lián)盟(ITU)申請低軌衛(wèi)星數(shù)量總數(shù)已達5.13萬顆。

民營企業(yè)井噴

中國民營商業(yè)航天自2014年起步,至今已有10年。

全面對標(biāo)馬斯克SpaceX,中國商業(yè)航天也分為三個領(lǐng)域:火箭,飛船,衛(wèi)星。

在火箭層面,10年來先后有4家火箭公司星際榮耀、星河動力、天兵科技、藍箭航天實現(xiàn)了入軌發(fā)射。如果加上中國科學(xué)院背景、混合所有制的中科宇航,則是5家。

《中國航天科技活動藍皮書(2023年)》顯示,2023年中國共實施了67次航天發(fā)射,其中有26次商業(yè)發(fā)射,發(fā)射成功率達96%;共研制發(fā)射120顆商業(yè)衛(wèi)星,占全年研制發(fā)射衛(wèi)星數(shù)量的54%。

2024年1月,東方空間研制的“引力一號”首飛成功,這是中國自主研制的全球最大固體運載火箭——不僅大幅提升了中國民營商業(yè)航天火箭的運載能力,也豐富了中國運載火箭型譜。

東方空間聯(lián)合創(chuàng)始人、副總裁彭昊旻告訴南風(fēng)窗,“引力一號”克服了捆綁式運載火箭固體助推低空分離、“三垂”模式海上發(fā)射等難題,實現(xiàn)了400噸量級運載火箭的海上發(fā)射,刷新了中國運載火箭海上發(fā)射最大噸位的記錄,也為后續(xù)更大運載能力液體火箭“引力二號”的海上發(fā)射提供了借鑒。2年內(nèi),“引力二號”的發(fā)射成本將下降至1萬元人民幣每公斤,比“獵鷹9號”運力的售價3000美元每公斤更便宜。

此外,今年力箭、朱雀、快舟、雙曲線、谷神星、捷龍等系列商業(yè)運載火箭連續(xù)發(fā)射成功,均標(biāo)志著中國在商業(yè)運載火箭技術(shù)方面取得了重大突破。

在飛船層面,載貨、載人是兩大核心功能。

紫微科技是以太空飛船設(shè)計制造和飛行運營為主業(yè)的科技公司。紫微科技(無錫)公司副總經(jīng)理田銳告訴南風(fēng)窗,目前在研貨運飛船型號包括A10(滿載能力10千克)、B300(滿載能力300千克)及C2000(滿載能力2000千克)三個系列的商用太空貨運飛船。

目前,飛船公司以貨物運輸、儀器搭載等方式提供服務(wù),助力微重力科學(xué)、太空生命科學(xué)、空間制藥、太空育種、新材料加工、航天新技術(shù)驗證和上下行貨物運輸?shù)阮I(lǐng)域發(fā)展,未來也將為太空愛好者提供太空旅游體驗。

在衛(wèi)星層面,入軌的民營小衛(wèi)星數(shù)量已經(jīng)達到三位數(shù)。中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所背景、混合所有制的長光衛(wèi)星,建成了全球最大的遙感衛(wèi)星星座——吉林一號。

據(jù)不完全統(tǒng)計,目前啟動的低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)星座計劃包括:324顆衛(wèi)星的鴻雁星座、156顆衛(wèi)星的虹云工程、12992顆衛(wèi)星的GW星座、超15000顆衛(wèi)星的千帆星座、10000顆衛(wèi)星的鴻鵠星座、1000顆衛(wèi)星的銀河Galaxy星座、5676顆衛(wèi)星的吉利未來出行星座、38顆衛(wèi)星的首個物聯(lián)網(wǎng)星座天啟星座等等。

其中兩個“萬顆級別”的星座均來自上海,千帆星座由上海垣信牽頭建設(shè),鴻鵠星座由上海藍箭航天旗下的鴻擎科技主導(dǎo)。

同時,新入局的企業(yè)呈現(xiàn)出爆發(fā)式增長。

企查查數(shù)據(jù)顯示,中國現(xiàn)存19.69萬家商業(yè)航天相關(guān)企業(yè)。從注冊量變化來看,近十年相關(guān)企業(yè)注冊量呈逐年增長態(tài)勢,其中2020年為增長高發(fā)期,全年注冊2.02萬家相關(guān)企業(yè),同比增長103.85%。2023年全年注冊量首次突破5萬家,同比增長30.30%。2024年前8月已注冊3.2萬家相關(guān)企業(yè),與去年同期注冊水平持平。

時空道宇CEO、首席系統(tǒng)工程專家王洋介紹,目前中國微小型衛(wèi)星年產(chǎn)能還有90%的缺口。最后,競爭的極致還是拼成本,而中國商業(yè)航天企業(yè)暫時沒有優(yōu)勢。

中科宇航力箭系列火箭總設(shè)計師楊毅強介紹說:“現(xiàn)在我們已經(jīng)步入了一個市場需求和應(yīng)用為主導(dǎo)的2.0時代,并開始提供數(shù)據(jù)服務(wù)。未來我相信可能用5年左右的時間,在2028年到2030年之間進入3.0時代。它的主要標(biāo)志是有比較多可以提供穩(wěn)定數(shù)據(jù)的衛(wèi)星,開拓商業(yè)航天自己的藍海市場。比如太空旅游、太空制造、太空電站等?!?/p>

太空卡位戰(zhàn)

3.0時代是“太空卡位戰(zhàn)”時代,任務(wù)不可謂不艱巨。

首先,中國的起步不能算早,且面臨SpaceX的擠壓和自身盈利困境。

20世紀(jì)90年代,摩托羅拉就曾提出“銥星計劃”,通過發(fā)射77顆低軌小衛(wèi)星,實現(xiàn)全球通信,并在1998年底投入運營。而硅谷狂人馬斯克,也已經(jīng)在2013年12月4日靠SpaceX首次成功發(fā)射商業(yè)衛(wèi)星。

按成本,SpaceX的獵鷹9號以及獵鷹重型火箭的發(fā)射起價分別是6200萬美元和9000萬美元;小型衛(wèi)星“拼車發(fā)射”的價格,200公斤以下有效載荷的發(fā)射起價為100萬美元。

相比之下,美國“聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟”的宇宙神5報價在1.5億—2億美元之間,重型德爾塔4單發(fā)報價更是高達3.8億—4.2億美元。即使SpaceX上調(diào)價格10%,也比“公家”的產(chǎn)品便宜好大一截。

正由于馬斯克強悍的成本控制能力,SpaceX幾乎完全改變了美國航天發(fā)射市場,還搶走了歐洲航天局、俄羅斯航天局的商業(yè)訂單。

同樣,剛剛首發(fā)成功的“筷子”助推器回收技術(shù)依然“遙遙領(lǐng)先”。中國火箭企業(yè)大約能在2025年實現(xiàn)SpaceX的“上一代”獵鷹9號回收技術(shù)。

SpaceX搶跑在前,中國政策緊隨其后。2014年11月,《國務(wù)院關(guān)于創(chuàng)新重點領(lǐng)域投融資機制鼓勵社會投資的指導(dǎo)意見》(國發(fā)〔2014〕60號)提出:“鼓勵民間資本參與國家民用空間基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)?!弊?015年起,一批民營企業(yè)涌入航天“賽道”,開始研發(fā)、發(fā)射小型商業(yè)火箭和微小衛(wèi)星。

在2014年至2020年的1.0時代,中國商業(yè)航天生存十分困難。一是無論火箭發(fā)射服務(wù)、衛(wèi)星制造、衛(wèi)星運營還是消費,都沒有找到可以持續(xù)盈利的商業(yè)模式。二是缺乏大眾消費為主體的規(guī)模化市場。

2023年9月5日,山東海陽,谷神星一號海射型商業(yè)運載火箭順利發(fā)射

2020年至今的2.0時代,中國商業(yè)航天還處在探索階段。一方面政策扶持、制度保障進一步加強,一方面業(yè)界達成應(yīng)用牽引、市場主導(dǎo)的共識,力圖搭建大眾消費為主體的航天產(chǎn)品體系。

雖然馬斯克的SpaceX在2023年才實現(xiàn)小幅度盈利,但其既有政府訂單,又有更好的融資條件,還有“自家兄弟”特斯拉的“幫助”,基本取代了過去聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟的“壟斷”地位。

其次,衛(wèi)星的軌道和頻譜資源,并不是“隨取隨有”。ITU為了防止“占座”——囤積無線電頻譜,給衛(wèi)星申報劃定了限制性因素,申報者必須在規(guī)定時間內(nèi)完成衛(wèi)星發(fā)射,否則配額作廢。

按照這一要求,在接下來十幾年的時間里,中國至少要完成超過3萬顆衛(wèi)星的發(fā)射。據(jù)中信證券研報的分析,2024年將是中國低軌衛(wèi)星密集發(fā)射元年,2026年將迎來發(fā)射量爆發(fā)。

而發(fā)射量的爆發(fā),取決于衛(wèi)星制造產(chǎn)能和火箭發(fā)射能力。一旦衛(wèi)星造不夠,或發(fā)射失敗,申請的指標(biāo)也只能作廢。

時空道宇CEO、首席系統(tǒng)工程專家王洋介紹,目前中國微小型衛(wèi)星年產(chǎn)能還有90%的缺口。

最后,競爭的極致還是拼成本,而中國商業(yè)航天企業(yè)暫時沒有優(yōu)勢。

價格遲早要“打下來”。紫微科技(無錫)副總經(jīng)理田銳告訴南風(fēng)窗,他們的目標(biāo)是亞軌道太空旅游200萬—300萬元/次。

根據(jù)SpaceX官方網(wǎng)站公布的數(shù)據(jù),“獵鷹9號”單次發(fā)射成本大約為每公斤3000美元。按照馬斯克的設(shè)想,未來“星艦”投入使用后,每公斤的發(fā)射成本將降至200美元——這遠遠低于目前中國民營火箭公司的發(fā)射成本。

衛(wèi)星也是一樣。據(jù)浙商證券研報估測,目前中國低軌通信衛(wèi)星的平均造價在3000萬元人民幣左右,相比馬斯克此前曾透露星鏈單顆衛(wèi)星成本約100萬美元(約合人民幣700萬元),差距相當(dāng)明顯。

當(dāng)然,價格遲早要“打下來”。紫微科技(無錫)副總經(jīng)理田銳告訴南風(fēng)窗,他們的目標(biāo)是亞軌道太空旅游200萬—300萬元/次,相比之下,貝索斯的“藍色起源”首次亞軌道飛行票價高達千萬美元以上,如今價格是25萬—50萬美元/次。

可以說,商業(yè)航天3.0的前景是誘人的:近地空間運輸、地月空間運輸、星際空間運輸?shù)冉煌ǚ?wù)爆發(fā),航天科教、文化和文創(chuàng)繁榮,數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)更加高質(zhì)高效,并承擔(dān)一部分國家的重點任務(wù),參與國家火箭的更新?lián)Q代,為航天強國、世界一流國防建設(shè)出力。

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