2018年以來(lái),科技戰(zhàn)逐漸成為了一個(gè)公眾話(huà)題,而輿論戰(zhàn)則在背后暗潮涌動(dòng),人們對(duì)中美前研科技的進(jìn)展越發(fā)關(guān)注,因此關(guān)于SpaceX和中國(guó)航天的很多話(huà)題,已經(jīng)政治化和輿論武器化了。今天我完全依賴(lài)現(xiàn)有公開(kāi)信息,以一個(gè)愛(ài)好者的角度,來(lái)談?wù)勥@個(gè)科技問(wèn)題。
衛(wèi)星發(fā)射市場(chǎng)有多大?
當(dāng)我們看到SpaceX在可回收火箭領(lǐng)域呼風(fēng)喚雨的同時(shí),我們也需要注意到,火箭發(fā)射市場(chǎng)只是整個(gè)航天領(lǐng)域極小的一塊。根據(jù)美國(guó)衛(wèi)星工業(yè)協(xié)會(huì)(SIA)發(fā)布的統(tǒng)計(jì)報(bào)告,2022年,全球航天產(chǎn)業(yè)的總收入為3840億美元。其中衛(wèi)星相關(guān)領(lǐng)域貢獻(xiàn)了2811億美元。具體來(lái)看,衛(wèi)星制造業(yè)收入為158億美元,發(fā)射服務(wù)業(yè)收入約為70億美元,衛(wèi)星服務(wù)業(yè)收入為1133億美元,地面設(shè)備制造業(yè)收入為1450億美元。
由此可知,70億美元美元的衛(wèi)星發(fā)射業(yè)務(wù),只占到航天總收入的1.8%,遠(yuǎn)低于衛(wèi)星服務(wù)和地面設(shè)備制造。這顯然和目前輿論上一股火箭發(fā)射業(yè)務(wù)似乎占了航天領(lǐng)域大頭的氛圍完全相反。畢竟,發(fā)射衛(wèi)星的最終目的是提供相關(guān)服務(wù),比如導(dǎo)航、通信、資源、氣象、偵查等等,發(fā)射衛(wèi)星的錢(qián)理論上也得由衛(wèi)星服務(wù)來(lái)賺。因此,衛(wèi)星服務(wù)的重要性應(yīng)該說(shuō)高于衛(wèi)星發(fā)射。
比如,在北斗導(dǎo)航系統(tǒng)建成前,我國(guó)普遍使用美國(guó)的GPS系統(tǒng),這顯然會(huì)危害我國(guó)的國(guó)防安全?!?023中國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航與位置服務(wù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書(shū)》中顯示,2022年,我國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航與位置服務(wù)產(chǎn)業(yè)總體產(chǎn)值為5007億元。定位終端總銷(xiāo)量約3.76億臺(tái)/套,應(yīng)用在智能手機(jī)、車(chē)載導(dǎo)航、物聯(lián)網(wǎng)、穿戴式設(shè)備、高精度定位等多種場(chǎng)景。與此同時(shí),在通信授時(shí)、氣象監(jiān)測(cè)、應(yīng)急減災(zāi)、城市管理等領(lǐng)域正在加速推進(jìn)北斗規(guī)?;瘧?yīng)用。這就是衛(wèi)星服務(wù)業(yè)的與我們生活息息相關(guān)的例子。
根據(jù)歐洲咨詢(xún)公司(Euroconsult)的調(diào)研,2022年,美國(guó)在航天領(lǐng)域的投入高達(dá)620億美元,比其他國(guó)家的總和還多。中國(guó)的航天投入排名第二,但只有120億美元,和美國(guó)差距可謂巨大。航天是個(gè)非常龐大的領(lǐng)域,和互聯(lián)網(wǎng)輿論戰(zhàn)所流傳的1.3萬(wàn)SpaceX員工領(lǐng)先70萬(wàn)中國(guó)航天人所不同的是,根據(jù)不同口徑的統(tǒng)計(jì)(有些將航空航天合并),美國(guó)在航天領(lǐng)域的從業(yè)人數(shù)同樣也是幾十萬(wàn)到上百萬(wàn)不等。而我國(guó)航天領(lǐng)域的兩大集團(tuán),航天科技偏向民用和太空探索,比如天宮空間站、嫦娥探月工程、祝融火星車(chē)等,但也有東風(fēng)系列導(dǎo)彈、彩虹無(wú)人機(jī)等軍事裝備。航天科工相對(duì)更偏向于軍事領(lǐng)域,但也有民用產(chǎn)品,甚至還做保溫杯。兩大集團(tuán)旗下的業(yè)務(wù)可謂包羅萬(wàn)象,比如機(jī)械、汽車(chē)、電子、化工等領(lǐng)域都有涉及。
中國(guó)航天科技官網(wǎng)的介紹
哪怕是馬斯克自己投資的幾大業(yè)務(wù)中,最早著手的衛(wèi)星發(fā)射業(yè)務(wù)收入也是墊底的。根據(jù)PayloadSpace的報(bào)道,SpaceX公司2023年總收入估計(jì)為87億美元。其中星鏈業(yè)務(wù)42億,發(fā)射業(yè)務(wù)35億。而我們知道,星鏈?zhǔn)?020年才開(kāi)始提供商業(yè)服務(wù)的。更別提SpaceX早些年的發(fā)射業(yè)務(wù)嚴(yán)重依賴(lài)NASA外包了。TechCrunch在今年發(fā)布了一份報(bào)告,他們獲得了6年前SpaceX的財(cái)報(bào),顯示當(dāng)時(shí)NASA的外包合同占SpaceX收入的83%。因此,TechCrunch認(rèn)為,星鏈的未來(lái)對(duì)SpaceX的長(zhǎng)期財(cái)務(wù)健康異常重要。另一則報(bào)道顯示,截至2021年,SpaceX共獲得政府支持經(jīng)費(fèi)151.7億美元,占總經(jīng)費(fèi)的62%。現(xiàn)在SpaceX的一個(gè)新業(yè)務(wù)將是使用星艦載人登月,NASA的大合同自然會(huì)源源不斷。因此,某個(gè)角度而言,SpaceX是美國(guó)政府長(zhǎng)期培養(yǎng)起來(lái)的公司。
如果我們?cè)俦容^馬斯克的特斯拉電動(dòng)車(chē)的話(huà),差距就更大了。根據(jù)特斯拉發(fā)布的2023年財(cái)報(bào),其營(yíng)收為967億美元,利潤(rùn)為150億美元。而2023年,全球汽車(chē)產(chǎn)業(yè)總值高達(dá)30萬(wàn)億元人民幣,約合4.1萬(wàn)億美元。2023年,我國(guó)汽車(chē)出口規(guī)模也首次躍居世界第一,新能源汽車(chē)市場(chǎng)份額更是占全球的63.5%。
雖然眼下SpaceX成了廣受關(guān)注的明星公司,但至少在目前來(lái)看,衛(wèi)星發(fā)射市場(chǎng)依然有限。根據(jù)EmergenResearch在2022年的一份報(bào)告估計(jì),即便到了2030年,航天發(fā)射業(yè)務(wù)的規(guī)模也不過(guò)195億美元。而航天領(lǐng)域投入大,產(chǎn)出小,更是從冷戰(zhàn)太空競(jìng)賽就已經(jīng)奠定的基調(diào)。這直接導(dǎo)致阿波羅登月后,人類(lèi)在整整50多年里都沒(méi)有與之匹敵的成就,歸根到底,是干這個(gè)太虧了。
美國(guó)阿波羅登月宣傳畫(huà)
因此,我可以認(rèn)為,SpaceX成功,一方面的確因?yàn)榧夹g(shù)上的領(lǐng)先和敢于創(chuàng)新,另一方面,也必須考慮到市場(chǎng)規(guī)模有限,且投入巨大,周期又長(zhǎng),現(xiàn)有技術(shù)能基本滿(mǎn)足發(fā)射需求,并沒(méi)有引起廣泛的重視。而航天領(lǐng)域的長(zhǎng)期沉寂,也是中國(guó)航天可以在較小投入下,逐步縮小差距的原因。
如果我們對(duì)比新能源汽車(chē)和自動(dòng)駕駛等領(lǐng)域,從無(wú)數(shù)傳統(tǒng)車(chē)企到一大票造車(chē)新勢(shì)力,再到蘋(píng)果,華為、小米、百度等一堆原本和汽車(chē)毫不相關(guān)的企業(yè)都?xì)⑷肫渲?,就能感受到,巨大的汽?chē)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)要激烈得多,能養(yǎng)活的公司也多得多。同樣的,像智能手機(jī)、電子游戲等行業(yè)規(guī)模都不小,甚至去年我國(guó)簽的海外基建工程訂單都有2645億美元。只不過(guò)這些領(lǐng)域沒(méi)法講一個(gè)星辰大海的故事而已。
航天科技固然背負(fù)著人類(lèi)的遠(yuǎn)大理想,但就現(xiàn)實(shí)來(lái)看,這更多讓我想到了幾年前關(guān)于對(duì)撞機(jī)要不要建的空前爭(zhēng)論。當(dāng)時(shí)我是堅(jiān)定的支持楊振寧先生。因?yàn)槟呐挛也皇菍?zhuān)業(yè)研究人員,但通過(guò)簡(jiǎn)單的搜集網(wǎng)絡(luò)信息,也能判斷出高能物理領(lǐng)域已經(jīng)沉寂多年,更像個(gè)夕陽(yáng)學(xué)科。在中國(guó)整體落后,國(guó)力有限,到處都需要追趕的時(shí)候,把錢(qián)投入到這種感性上可以找一大堆冠冕堂皇甚至危言聳聽(tīng)的理由,但實(shí)際上投入大卻產(chǎn)出隨緣的領(lǐng)域,顯然我們還沒(méi)有財(cái)大氣粗到這種程度。
航天領(lǐng)域也一樣。雖然馬斯克所謂移民火星的口號(hào)在感性上讓人可敬,且讓人覺(jué)得我們又要錯(cuò)過(guò)下一次大航海云云。但從現(xiàn)實(shí)角度,我個(gè)人認(rèn)為,目前實(shí)在沒(méi)必要在航天領(lǐng)域過(guò)多投入,只需要量力而行,逐步跟隨,并讓民間資本嘗試即可。畢竟因?yàn)槊绹?guó)對(duì)我國(guó)航天科技的長(zhǎng)期封鎖,這一領(lǐng)域早就獨(dú)立自主不用擔(dān)心被卡脖子,中美也互相搶不到各自市場(chǎng),而中美以外的市場(chǎng)更是有限。
與之相反,我國(guó)芯片領(lǐng)域則被長(zhǎng)期卡脖子,且依賴(lài)大量進(jìn)口。一方面美國(guó)強(qiáng)迫各國(guó)廠商不賣(mài)給我們高端芯片和制造設(shè)備,一方面又高價(jià)向我們出售中低端芯片。雖然近年來(lái)芯片進(jìn)口呈逐年下降趨勢(shì),去年相比前年就下降了15%,但依然高達(dá)3494億美元。芯片出口則為1360億美元。根據(jù)相關(guān)報(bào)道,我國(guó)這些年在芯片領(lǐng)域的投入遠(yuǎn)超航天,應(yīng)該都在萬(wàn)億人民幣以上(含臺(tái)灣)。
星艦的太空加油登月
但我們必須承認(rèn),在可回收火箭和衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)這兩個(gè)細(xì)分領(lǐng)域,我國(guó)顯然落后于SpaceX。但同時(shí)我們也應(yīng)該看到,我國(guó)和美國(guó)在航天領(lǐng)域的整體差距在不斷縮小,某些細(xì)分領(lǐng)域甚至已經(jīng)持平甚至領(lǐng)先了。畢竟,當(dāng)美國(guó)1969年登月時(shí),中國(guó)連衛(wèi)星都還沒(méi)有成功發(fā)射過(guò)。當(dāng)中國(guó)2003年剛實(shí)現(xiàn)載人航天,美國(guó)的航天飛機(jī)卻在2004年宣布退役了。當(dāng)中國(guó)已經(jīng)建成天宮空間站,美國(guó)還在與俄羅斯合用超期服役的國(guó)際空間站。當(dāng)中國(guó)嫦娥登月計(jì)劃穩(wěn)步推進(jìn)時(shí),美國(guó)的新登月計(jì)劃卻接連受挫。
那么我們到底還落后SpaceX多少呢?
2023年底,星際榮耀的雙曲線(xiàn)二號(hào)成功實(shí)現(xiàn)了回收實(shí)驗(yàn),飛行高度343米,飛行時(shí)間63秒,橫向位移50米。這大概類(lèi)似于2013年SpaceX蚱蜢火箭第7次實(shí)驗(yàn)的水平。當(dāng)時(shí)蚱蜢火箭飛行高度250,飛行時(shí)間70秒,橫移100米。由此可見(jiàn),目前我們?cè)谶@個(gè)方向大概還落后十年的樣子。
雙曲線(xiàn)二號(hào)
按目前的消息,近兩年我國(guó)將有多款可回收火箭進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。比如航天科技集團(tuán)就發(fā)布消息稱(chēng),我國(guó)正抓緊研制4米級(jí)、5米級(jí)可重復(fù)使用火箭,計(jì)劃分別于2025年和2026年首飛。民營(yíng)公司方面,將有朱雀三號(hào)、天空三號(hào)、智神星一號(hào)、引力二號(hào)將進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。因此我相信,我國(guó)在這方面的差距一定會(huì)逐漸縮小。
星艦的第四次發(fā)射可算成功,但目前幾次實(shí)驗(yàn)其實(shí)沒(méi)有載荷,離可回收150噸的目標(biāo)還有不小的距離。至于載人,在我看來(lái)還很不靠譜。起碼我是不敢坐這個(gè)不停掉隔熱瓦、控制翼面也被燒穿的玩意的,至于幾十百來(lái)號(hào)人用這個(gè)來(lái)運(yùn)輸,我相信按目前的成功幾率,這屬于不負(fù)責(zé)任的行為。
SpaceX為載人登月制定的太空加油方案眼下更是連影子都沒(méi)有。根據(jù)SpaceX官網(wǎng)發(fā)布的星艦用戶(hù)手冊(cè),星艦的單次近地軌道(LEO)設(shè)計(jì)運(yùn)力的確是100+。但到了地球同步軌道(GEO),其運(yùn)力只剩下21噸。這甚至低于獵鷹重型火箭的26.7噸。而到了地月轉(zhuǎn)移軌道和地火轉(zhuǎn)移軌道,將直接變成不可能完成任務(wù)。
星艦官方用戶(hù)手冊(cè)對(duì)運(yùn)載能力的介紹
之所以會(huì)這樣,問(wèn)題在于星艦使用了液氧、液態(tài)甲烷雙低溫推進(jìn)劑。在進(jìn)入太空之后,一經(jīng)太陽(yáng)照射升溫,燃料就會(huì)迅速蒸發(fā)。為了解決這個(gè)問(wèn)題,SpaceX設(shè)計(jì)了一個(gè)太空加油方案,通過(guò)發(fā)射專(zhuān)用的加油星艦,為最終登月或者登火的載人星艦進(jìn)行多次中途加油。
2021年,藍(lán)色起源公司因不滿(mǎn)NASA將登月合同給了SpaceX,怒而將NASA告上法庭。美國(guó)政府對(duì)此的調(diào)查報(bào)告顯示,完成一次登月需要發(fā)射16艘星艦,其中包括14艘加油星艦。一艘星艦負(fù)責(zé)將宇航員從地球運(yùn)送到月球軌道。另外一艘專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的星艦,將作為從月球軌道到月球表面的著陸器(HLS)。只有通過(guò)這種加油接力的方式,星艦才能達(dá)到圖中所標(biāo)注的地球同步軌道、月球、火星100+運(yùn)力。
星艦擁抱式加油方案
星艦背對(duì)式加油方案
這可能和一些朋友想象的一艘超級(jí)星艦就把人送上月球或者火星完全不同。從我的描述中,你大概都能感受到其中有多么不靠譜,也難怪藍(lán)色起源認(rèn)為NASA在這件事上搞了什么見(jiàn)不得人的勾當(dāng)。其實(shí),連NASA都不敢完全信任這個(gè)方案。眼下美國(guó)的新登月計(jì)劃有多家公司參與,負(fù)責(zé)運(yùn)用獵戶(hù)座飛船到達(dá)月球軌道的是波音設(shè)計(jì)的SLS火箭,已經(jīng)燒掉了約200億研發(fā)費(fèi)用。其采用一次性設(shè)計(jì),在不包括研發(fā)成本的情況下,單次發(fā)射成本為20億美元。它的地月轉(zhuǎn)移軌道運(yùn)力為27噸,未來(lái)型號(hào)將逐步發(fā)展到46噸。SLS火箭可謂命運(yùn)坎坷,經(jīng)歷了16次延期才完成了首次發(fā)射,第二次發(fā)射依然在不斷延期中。
星艦和SLS火箭
雖然美國(guó)在50多年前就完成了多次登月,但美國(guó)的新登月計(jì)劃卻相當(dāng)不順利。老牌的波音現(xiàn)在垂垂老矣,負(fù)面新聞?lì)l發(fā),還是個(gè)吞金獸。SpaceX到是便宜,但給出的又是一個(gè)尚未驗(yàn)證過(guò)的加油方案。這也是阿耳忒彌斯登月計(jì)劃一再推遲的原因。該項(xiàng)目在2017年啟動(dòng),預(yù)計(jì)2024年登月,2028年建立月球永久基地。但目前已經(jīng)接連跳票,最新時(shí)間已經(jīng)推遲到2026年。如果未來(lái)再次跳票的話(huà),甚至有可能被我國(guó)搶先。
星艦看起來(lái)運(yùn)力驚人,但適用的場(chǎng)景恐怕也沒(méi)那么多。畢竟登月這種事不需要經(jīng)常干,普通的衛(wèi)星哪里需要上百?lài)嵉倪\(yùn)力呢?通常來(lái)說(shuō),對(duì)于單顆小衛(wèi)星客戶(hù),最省錢(qián)的方式肯定是拼單發(fā)射。根據(jù)一些消息顯示,在SpaceX上進(jìn)行拼單發(fā)射需要等待幾個(gè)月到1年不等,而要拼夠星艦上百?lài)嵉倪\(yùn)力,恐怕要更久。就如同航空業(yè)一樣,空客A380和安-225這類(lèi)巨無(wú)霸都先后退役,證明了運(yùn)載器并不是越大越好。
2023年,獵鷹9號(hào)發(fā)射了91次,而重型獵鷹其實(shí)只發(fā)射了5次。在我看來(lái),眼下我們只需要對(duì)標(biāo)獵鷹9號(hào)約3000美元每公斤左右的發(fā)射成本即可。目前國(guó)內(nèi)幾家民營(yíng)火箭公司,基本都把自己的初期目標(biāo)定位到這一水平,并計(jì)劃在未來(lái)將成本降到獵鷹重型的水平。
星鏈看上去更有錢(qián)途
相比可回收火箭發(fā)射業(yè)務(wù),星鏈反而后來(lái)居上,在短短數(shù)年里就為SpaceX帶來(lái)了更多的收入,表現(xiàn)出更廣闊的市場(chǎng)前景。2024年5月,馬斯克稱(chēng),目前星鏈用戶(hù)已經(jīng)突破300萬(wàn)。假設(shè)在未來(lái)用戶(hù)規(guī)模能達(dá)到幾千萬(wàn)的話(huà),這可能將是另外一個(gè)特斯拉級(jí)別的項(xiàng)目。
星鏈?zhǔn)袌?chǎng)是很明確的,就是為一些偏遠(yuǎn)地區(qū)、船舶、飛機(jī)、汽車(chē)等提供上網(wǎng)服務(wù)。和我國(guó)三大運(yùn)營(yíng)商幾乎把基站建到了所有有人居住的地方不同,在世界許多地方甚至部分發(fā)達(dá)國(guó)家,不少運(yùn)營(yíng)商并不會(huì)為偏遠(yuǎn)地區(qū)建設(shè)寬帶或者基站。廣闊的海洋,以及在天上的飛機(jī),也難以享受優(yōu)質(zhì)的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。
衛(wèi)星通信技術(shù)早已有之。傳統(tǒng)上的通信衛(wèi)星,主要在距離地面3.5萬(wàn)公里的地球同步軌道(GEO)提供服務(wù)。去年華為Meta60帶的衛(wèi)星電話(huà)功能,所使用的天通衛(wèi)星就在這一軌道。地球同步軌道距離地球較遠(yuǎn),所以一顆衛(wèi)星就能覆蓋非常大的面積,理論上只需要三顆就足以覆蓋整個(gè)地球。
不過(guò),其缺點(diǎn)也很明顯。地球同步軌道高度過(guò)高,即便是光速都至少需要100多毫秒才能到達(dá),所以延遲和帶寬都不行,主要用于衛(wèi)星電視這樣沒(méi)有交互需求的單向廣播、或者衛(wèi)星電話(huà)這樣對(duì)延遲不敏感、帶寬需求較低的場(chǎng)景。低軌道(GEO)衛(wèi)星通常在2000公里以下,延遲更低,信號(hào)更強(qiáng),可以滿(mǎn)足高速上網(wǎng)的需要,但缺點(diǎn)就是需要發(fā)射非常多的衛(wèi)星才能覆蓋全球。
考慮到衛(wèi)星制造和發(fā)射成本,以及互聯(lián)網(wǎng)的普及程度,以前這方面的商業(yè)案例都不算特別成功。上個(gè)世紀(jì)的銥星項(xiàng)目直接破產(chǎn),2012年英國(guó)的OneWeb項(xiàng)目則舉步維艱,一度申請(qǐng)破產(chǎn)。直到SpaceX依賴(lài)自身強(qiáng)大的低成本衛(wèi)星發(fā)射能力和馬斯克的成功營(yíng)銷(xiāo),低軌道衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)才總算獲得了成功。甚至連OneWeb都因?yàn)镾paceX迎來(lái)了轉(zhuǎn)機(jī)。目前法國(guó)的Eutelsat已經(jīng)與OneWeb合并,組成了歐洲最大的衛(wèi)星公司,搖身一變,成了獵鷹火箭的客戶(hù)和星鏈的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。Viasat和HughesNet則是星鏈崛起前美國(guó)主要的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)商,已經(jīng)運(yùn)營(yíng)十年以上,覆蓋到了全球幾十個(gè)國(guó)家,不過(guò)卻鮮有人知。其主要缺點(diǎn)是延遲特別高,與星鏈相比大概有三十倍的差距。
星鏈與Viasat、HughesNet比較
現(xiàn)在我們可以通過(guò)satellitemap.space網(wǎng)站的在線(xiàn)三維地圖,實(shí)時(shí)查看星鏈和OneWeb的運(yùn)行情況,瀏覽衛(wèi)星編號(hào)、發(fā)射時(shí)間、高度、當(dāng)前位置、軌道等信息。還可以查看星鏈的地面站。
星鏈衛(wèi)星分布圖
通過(guò)對(duì)比我們能夠發(fā)現(xiàn),星鏈的衛(wèi)星的軌道高度在300到600公里范圍,OneWeb的衛(wèi)星高度則為1200公里左右。星鏈衛(wèi)星的軌道和分布沒(méi)有明顯的規(guī)律,而OneWeb則使用南北向的極地軌道,呈均勻分布。因此,OneWeb可以通過(guò)少得多的衛(wèi)星提供同樣的全球互聯(lián)網(wǎng)服務(wù),但延遲和帶寬也沒(méi)法和星鏈相比。相信Viasat和HughesNet也是因?yàn)樾l(wèi)星軌道較高和數(shù)量較少,導(dǎo)致存在同樣的問(wèn)題。
OneWeb衛(wèi)星分布圖
然而,星鏈未來(lái)也將面臨許多挑戰(zhàn)。
首先其龐大的衛(wèi)星數(shù)量,注定了其價(jià)格并不便宜,相對(duì)于固定寬帶和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)并沒(méi)有價(jià)格優(yōu)勢(shì),只能服務(wù)于特定人群。目前官網(wǎng)顯示的最新價(jià)格為每月120美元,還要購(gòu)買(mǎi)599美元的終端接收設(shè)備。其500M帶寬的Premium版,更是高達(dá)每月500美元。如此高昂的價(jià)格,顯然只有發(fā)達(dá)國(guó)家才能承受。根據(jù)2022年SpaceX發(fā)布的數(shù)據(jù),其客戶(hù)80%都集中在北美地區(qū),以偏遠(yuǎn)地區(qū)為主,18%在大洋洲和歐洲,其他地區(qū)只有2%。雖然欠發(fā)達(dá)國(guó)家的人們,可以多人合伙購(gòu)買(mǎi)一個(gè)星鏈終端,但這樣客戶(hù)數(shù)量就要大打折扣了。
而且,星鏈的發(fā)展還少不了政府補(bǔ)貼。美國(guó)雖然是全世界最強(qiáng)大的發(fā)達(dá)國(guó)家,但去年的一則報(bào)道顯示,全美仍有超過(guò)830萬(wàn)家庭和企業(yè)缺乏高速寬帶服務(wù),主要集中在偏遠(yuǎn)地區(qū)。2020年,美國(guó)政府發(fā)布了一項(xiàng)計(jì)劃,要在未來(lái)十年向偏遠(yuǎn)地區(qū)提供160億美元的寬帶補(bǔ)貼,星鏈在當(dāng)年就獲得了其中的8.855億美元??梢?jiàn),在美國(guó)這種發(fā)達(dá)國(guó)家都需要補(bǔ)貼,欠發(fā)達(dá)地區(qū)恐怕就更難了。
更何況星鏈也需要地面站來(lái)連接衛(wèi)星和國(guó)際互聯(lián)網(wǎng),畢竟互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施依然是固定網(wǎng)絡(luò)和海底光纜。因此除了要發(fā)射上萬(wàn)顆衛(wèi)星外,星鏈還準(zhǔn)備在全球建設(shè)上百萬(wàn)個(gè)地面站,現(xiàn)在其地面站主要分布在北美、歐洲、澳大利亞、新西蘭和智利。
星鏈地面站
根據(jù)星鏈的工作原理可知,在周?chē)鷽](méi)有地面站的地方,只能使用其他衛(wèi)星中繼到最近的地面站,這樣延遲將會(huì)大大增加。星鏈雖然采用了極其復(fù)雜的軌道讓其在用戶(hù)密集地區(qū)可以相對(duì)分布更多的衛(wèi)星,但總體來(lái)說(shuō),依然有大量衛(wèi)星運(yùn)行在人跡罕至的地區(qū),造成資源浪費(fèi)。而在用戶(hù)密集的北美地區(qū),又會(huì)出現(xiàn)衛(wèi)星不夠的問(wèn)題。雖然Starlink支持將多顆衛(wèi)星偏轉(zhuǎn)向熱點(diǎn)地區(qū)幾十到數(shù)百公里以緩解擁堵問(wèn)題,但在一個(gè)足夠大的范圍內(nèi),其衛(wèi)星數(shù)量始終是有限的。這導(dǎo)致其北美地區(qū)的速度反而可能低于其他地區(qū)。在美國(guó)版知乎上,就有數(shù)個(gè)相關(guān)提問(wèn)。
根據(jù)測(cè)速網(wǎng)站SpeedTest運(yùn)營(yíng)商O(píng)okla在2023年發(fā)布的星鏈測(cè)速數(shù)據(jù),也證實(shí)了星鏈在美國(guó)的速度中位數(shù)(下載66.59Mbps/上傳7.74Mbps)反而不如加拿大(93.97/9.60),且全面落后參與測(cè)速的所有南美國(guó)家,特別是上傳速度,和秘魯(22)居然有三倍的差距,下載速度則是菲律賓最快(110),甚至已經(jīng)超過(guò)當(dāng)?shù)氐墓潭▽拵俣龋?9),只有下載速度比墨西哥、美屬維爾京群島和多米尼加略強(qiáng)。在尼日尼亞,星鏈(61)的速度則大大超過(guò)了當(dāng)?shù)氐墓潭▽拵В?3)。星鏈在非洲也許可以替代固定寬帶,但其價(jià)格又已經(jīng)超過(guò)了當(dāng)?shù)氐娜司杖?。在巴西,下載速度相比2022年Q4則從91大幅下跌到了70,這應(yīng)該是用戶(hù)多起來(lái)但地面站卻沒(méi)有跟上導(dǎo)致的。
星鏈與Viasat、HughesNet的北美洲測(cè)速比較,灰色為固定寬帶提供商
星鏈與Viasat、HughesNet的南美洲測(cè)速比較,灰色為固定寬帶提供商
星鏈與Viasat、HughesNet在加勒比海地區(qū)測(cè)速比較,灰色為固定寬帶提供商
星鏈在秘魯、菲律賓、尼日尼亞的速度比較,灰色為固定寬帶提供商
最新版的星鏈衛(wèi)星已經(jīng)支持手機(jī)直連。這固然可以擴(kuò)大星鏈的潛在用戶(hù)規(guī)模,但也必然會(huì)加劇其負(fù)載問(wèn)題。而且手機(jī)的功率和天線(xiàn)較小,應(yīng)該會(huì)存信號(hào)不穩(wěn)定和耗電問(wèn)題,在室內(nèi)更是難以解決信號(hào)被建筑遮擋問(wèn)題。由此可見(jiàn),星鏈要承受更大的用戶(hù)規(guī)模,需要不斷發(fā)射更多的衛(wèi)星和建設(shè)地面站。但隨著地面站和衛(wèi)星的不斷增加,其維護(hù)成本也會(huì)越來(lái)越大。
報(bào)告還指出,面對(duì)星鏈的競(jìng)爭(zhēng),Viasat、HughesNet和OneWeb都在加緊行動(dòng),同時(shí)亞馬遜的Kuiper衛(wèi)星項(xiàng)目也已經(jīng)在行動(dòng)之中。另一個(gè)新聞則指出,因?yàn)樾擎湏屨际袌?chǎng),HughesNet去年已經(jīng)失去了四分之一的客戶(hù),據(jù)說(shuō)在2022年時(shí)還有140萬(wàn)用戶(hù),而Viasat的用戶(hù)規(guī)模同樣在下降??梢?jiàn),和一些人以為星鏈要和固定寬帶競(jìng)爭(zhēng)不同,星鏈也可能搶的是其他衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)商的生意。除此之外,星鏈還將面對(duì)Project Kuiper和未來(lái)中國(guó)版星鏈在內(nèi)更多同行的競(jìng)爭(zhēng),在遠(yuǎn)期,傳統(tǒng)的電信運(yùn)營(yíng)商也將升級(jí)到空地一體化6G網(wǎng)絡(luò)。歸根到底,星鏈在技術(shù)上的護(hù)城河要低得多,星鏈也不是最早搞這個(gè)的,其優(yōu)勢(shì)主要是自己同時(shí)擁有火箭發(fā)射能力,在這一塊能省不少錢(qián),敢于率先在更低軌道部署更多衛(wèi)星。
從俄烏戰(zhàn)爭(zhēng)我們能看出,星鏈有著非常明顯的軍事用途。在最近的巴以沖突中,以色列直接切斷了加沙地區(qū)的對(duì)外網(wǎng)絡(luò),馬斯克為此宣布向加沙地區(qū)的國(guó)際救援組織提供星鏈服務(wù)。未來(lái)全世界多地可能爆發(fā)各類(lèi)軍事沖突,而從斯諾登事件可以看出,美國(guó)又慣常利用其互聯(lián)網(wǎng)優(yōu)勢(shì)監(jiān)視甚至操控別國(guó),因此我國(guó)也有必要建設(shè)類(lèi)似星鏈的系統(tǒng)。一方面搶占低空軌道資源,另一方面向北斗導(dǎo)航系統(tǒng)一樣,為友好國(guó)家提供必要的衛(wèi)星服務(wù)。
空天飛機(jī)和太空核動(dòng)力
除了火箭垂直回收外,在可回收航天器領(lǐng)域,歷史上還有其他的嘗試,比如美國(guó)冷戰(zhàn)時(shí)期搞的航天飛機(jī)。雖然我國(guó)在可回收火箭領(lǐng)域的確落后SpaceX,但不代表我國(guó)在可回收航天器的所有方向都落后美國(guó),更不能說(shuō)明我國(guó)沒(méi)有戰(zhàn)略眼光和創(chuàng)新精神。通過(guò)研究這些年的新聞,我大致可以判斷,我國(guó)將用兩條腿走路的方式,一方面緊跟馬斯克的可回收火箭路線(xiàn),但另一方面,我們將利用你自己的技術(shù)技術(shù)優(yōu)勢(shì)開(kāi)拓新的賽道,我國(guó)未來(lái)的主力載人可回收航天器,可能會(huì)是水平起降二級(jí)組合動(dòng)力空天飛機(jī)。
為啥這么說(shuō)呢?
火箭發(fā)射時(shí)的過(guò)載非常大,不是每個(gè)人都有航天員那樣的身體素質(zhì)。因此身體較差的人沒(méi)法坐火箭,正常身體素質(zhì)的人,也需要接受幾個(gè)月甚至一年的訓(xùn)練??仗祜w機(jī)起飛過(guò)載則要小很多。
火箭還得在專(zhuān)用發(fā)射場(chǎng)發(fā)射,空天飛機(jī)在機(jī)場(chǎng)起飛即可,靈活性大大增加??仗祜w機(jī)在大氣層內(nèi)不需要消耗氧化劑,理論上更省燃料??仗祜w機(jī)不光完全可回收,且回收次數(shù)可達(dá)百次以上。因此,空天飛機(jī)的舒適性、便捷性和成本更接近傳統(tǒng)意義上的飛機(jī),是航天客運(yùn)最理想的工具。其軍事前景也非??捎^,軍方的訂單有助于進(jìn)一步降低民用成本。要說(shuō)缺點(diǎn),就是他技術(shù)難度特別大,在我看來(lái)比SpaceX的可回收火箭大得多,初期的運(yùn)載能力也有限,應(yīng)該不太適合貨運(yùn)。
但即便如此,我國(guó)對(duì)此卻早已布局,且正在穩(wěn)步推進(jìn)。
2017年,航天科技集團(tuán)在發(fā)布的《2017—2045年航天運(yùn)輸系統(tǒng)發(fā)展路線(xiàn)圖》中畫(huà)了無(wú)數(shù)個(gè)大餅,聲稱(chēng)到2045年,我國(guó)將全面建成航天強(qiáng)國(guó)。這里面有很多只存在于PPT的東西,比如什么太空旅游、小行星采礦、空間太陽(yáng)能電站、天梯、地球車(chē)站、空間驛站等等。
但里面有些餅則已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。比如其中提到,2025年前后,可重復(fù)使用的亞軌道運(yùn)載器研制成功。同時(shí),該文件還預(yù)計(jì),在2040年前后,我國(guó)組合動(dòng)力兩級(jí)重復(fù)使用運(yùn)載器研制成功,核動(dòng)力空間穿梭機(jī)出現(xiàn)重大突破。
2020年時(shí),中國(guó)就公開(kāi)聲稱(chēng)成功發(fā)射了一款可重復(fù)使用航天器,并在軌飛行了兩天。BBC為此進(jìn)行了報(bào)道,將其和美國(guó)的X-37B進(jìn)行了對(duì)比,并驚呼中國(guó)的太空野心日益增長(zhǎng)。俄國(guó)方面,則認(rèn)為這可能是中國(guó)正在研制的神龍空天飛機(jī)。網(wǎng)絡(luò)上關(guān)于這款空天飛機(jī)最早的消息已經(jīng)是2007年,而更早甚至可以追溯到863計(jì)劃中的航天飛機(jī)計(jì)劃。
到了2023年,我國(guó)再次宣布,重復(fù)使用試驗(yàn)航天器在軌飛行276天后成功返回預(yù)定著陸場(chǎng),為和平利用太空提供技術(shù)支撐。而一直密切監(jiān)視中國(guó)相關(guān)動(dòng)向的美國(guó),則聲稱(chēng),發(fā)現(xiàn)神龍?zhí)柨仗祜w機(jī)釋放六個(gè)神秘物體,且能發(fā)出信號(hào),可能是衛(wèi)星,還聲稱(chēng)之前的任務(wù)每次都至少釋放了一個(gè)小物體。
根據(jù)網(wǎng)絡(luò)消息,神龍空天飛機(jī)應(yīng)該是航天科技集團(tuán)旗下的產(chǎn)品,其采用火箭垂直發(fā)射,水平回收。除此之外,航天科工集團(tuán)還有另外一款與之相關(guān)的航天計(jì)劃,名為騰云工程。
騰云空天飛機(jī)
2016年,航天科工集團(tuán)在武漢舉行的第二屆商業(yè)航天高峰論壇上,公開(kāi)發(fā)布了騰云計(jì)劃。聲稱(chēng)該航天器將可從地面機(jī)場(chǎng)水平起飛,在大氣層中加速爬升;到達(dá)30至40公里高度時(shí)一二級(jí)分離,一級(jí)水平著陸返回;二級(jí)繼續(xù)爬升進(jìn)入近地軌道,完成運(yùn)輸任務(wù)后再入大氣返回。其起飛時(shí),使用低速性能好的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī);達(dá)到一定速度后,改用沖壓發(fā)動(dòng)機(jī);到達(dá)臨近空間,使用火箭發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入太空。項(xiàng)目計(jì)劃在2025年完成關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān),2030年完成兩級(jí)入軌空天飛行器技術(shù)驗(yàn)證試飛。
2020年的中國(guó)航天大會(huì)上,我國(guó)專(zhuān)家再次畫(huà)餅,計(jì)劃到2045年實(shí)現(xiàn)1小時(shí)全球抵達(dá)、地面與軌道間以及軌道與軌道間的“航班化”航天運(yùn)輸。項(xiàng)目分三階段推進(jìn):2025年前為起步建設(shè)階段,主要任務(wù)是突破關(guān)鍵技術(shù),形成試驗(yàn)使用系統(tǒng);2035年實(shí)現(xiàn)目標(biāo)初步建成,總飛行數(shù)百次、總貨運(yùn)千噸級(jí)、總客運(yùn)千人次;到2045年目標(biāo)全面建成,實(shí)現(xiàn)按需發(fā)射,每年總飛行次數(shù)達(dá)到千次量級(jí),總貨運(yùn)萬(wàn)噸級(jí),總客運(yùn)萬(wàn)人次。
每年萬(wàn)噸級(jí)和萬(wàn)人次,可見(jiàn),這個(gè)餅也不算小了。
根據(jù)我的猜測(cè),騰云工程的重點(diǎn)是搞出從機(jī)場(chǎng)水平起飛的一級(jí)運(yùn)載器,而神龍空天飛機(jī)則用于二級(jí)運(yùn)載器的前期驗(yàn)證。兩者組合起來(lái),就是一個(gè)完整的組合動(dòng)力兩級(jí)重復(fù)使用運(yùn)載器。
2021年,在武漢舉行的第七屆中國(guó)(國(guó)際)商業(yè)航天高峰論壇上,航天科工宣布騰云工程圓滿(mǎn)完成了我國(guó)首次液體火箭沖壓組合發(fā)動(dòng)機(jī)模態(tài)轉(zhuǎn)換飛行驗(yàn)證,實(shí)現(xiàn)了空天飛行組合動(dòng)力技術(shù)的重大突破。2023年,央視曝光我國(guó)30倍音速激波風(fēng)洞。專(zhuān)家稱(chēng),我國(guó)正在研制兩級(jí)水平起降空天飛機(jī),并演示了一種分離方案的實(shí)驗(yàn)。同時(shí)還稱(chēng),目前正在研制一種駐定斜爆轟發(fā)動(dòng)機(jī),已經(jīng)做到了7-9馬赫,未來(lái)目標(biāo)是16馬赫。
由此可見(jiàn),在空天飛機(jī)這個(gè)方向我們是不輸美國(guó)的,甚至可以說(shuō)是完全領(lǐng)先的。高超音速風(fēng)洞、高超音速導(dǎo)彈、空天飛機(jī),可以說(shuō)他們是一個(gè)環(huán)環(huán)相扣的技術(shù)路線(xiàn),這也是我國(guó)沿著這一方向前進(jìn)的生態(tài)優(yōu)勢(shì)。當(dāng)然,我國(guó)領(lǐng)先的往往沒(méi)有熱度,而且網(wǎng)上一些網(wǎng)友挺奇怪,一說(shuō)到空天飛機(jī)和騰云工程,要么就說(shuō)沒(méi)前途,要么就說(shuō)絕無(wú)可能。至于另外一個(gè)核動(dòng)力空間穿梭機(jī),目前消息更少。雖然SpaceX在一些人眼中,已經(jīng)是吊打中國(guó)航天的存在,馬斯克更是人類(lèi)文明之光,但不得不承認(rèn)的是,其二十年來(lái)研究的主要方向,依然是傳統(tǒng)的化學(xué)火箭。
目前NASA正在推進(jìn)對(duì)兩種核動(dòng)力火箭方案的研究,最早將在2025年進(jìn)行發(fā)射實(shí)驗(yàn)。此外,一些英美科技公司也在積極研究太空核動(dòng)力。比如英國(guó)一家名為脈沖星的公司,正在研究磁約束的等離子體核聚變火箭。一家叫做RocketStar的美國(guó)公司,計(jì)劃在今年在太空中測(cè)試首個(gè)微型核聚變?cè)鰪?qiáng)脈沖等離子體發(fā)動(dòng)機(jī)。
我國(guó)在這方面的新聞目前還不多。不過(guò),2018年,中國(guó)航天科技集團(tuán)的專(zhuān)家接受采訪時(shí)曾表示,他們正聯(lián)合中國(guó)核動(dòng)力相關(guān)研究設(shè)計(jì)單位,開(kāi)展空間核動(dòng)力方案論證和關(guān)鍵技術(shù)研究工作,后續(xù)將形成核熱、核電等多種方案,預(yù)計(jì)2040年前后實(shí)現(xiàn)核動(dòng)力空間穿梭機(jī)的重大突破。
雖然還沒(méi)有看到我國(guó)在太空核動(dòng)力方面的實(shí)質(zhì)進(jìn)展,但核能的確是我國(guó)重點(diǎn)投入的一個(gè)方向。根據(jù)美國(guó)之音今年的一個(gè)報(bào)道,目前我國(guó)有26臺(tái)建造中的核電機(jī)組,為全球最多,在他們看來(lái)已經(jīng)嚴(yán)重威脅了世界安全。全球首個(gè)陸上商用模塊化小堆玲龍一號(hào)正式投用;江南造船廠發(fā)布全球首款安裝第四代熔鹽反應(yīng)堆的集裝箱船;中國(guó)聚變能源有限公司揭牌,同時(shí)宣布可控核聚變?yōu)槲磥?lái)能源唯一方向,都宣示我國(guó)在核能領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。2024年,美國(guó)的華府智庫(kù)發(fā)布報(bào)告稱(chēng),中國(guó)在核能技術(shù)方面領(lǐng)先美國(guó)15年。
相比馬斯克的化學(xué)火箭,不管是那種核能推進(jìn)方式,拖著藍(lán)色等離子體尾焰的太空飛船,都更像是科幻大片中的星辰大海。希望在有生之年,我們能看到我國(guó)的核動(dòng)力飛行器飛往火星。
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