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閑談SpaceX和中國航天:從星艦星鏈到空天飛機(jī)太空核動力

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2018年以來,科技戰(zhàn)逐漸成為了一個公眾話題,而輿論戰(zhàn)則在背后暗潮涌動,人們對中美前研科技的進(jìn)展越發(fā)關(guān)注,因此關(guān)于SpaceX和中國航天的很多話題,已經(jīng)政治化和輿論武器化了。今天我完全依賴現(xiàn)有公開信息,以一個愛好者的角度,來談?wù)勥@個科技問題。


衛(wèi)星發(fā)射市場有多大?

當(dāng)我們看到SpaceX在可回收火箭領(lǐng)域呼風(fēng)喚雨的同時,我們也需要注意到,火箭發(fā)射市場只是整個航天領(lǐng)域極小的一塊。根據(jù)美國衛(wèi)星工業(yè)協(xié)會(SIA)發(fā)布的統(tǒng)計報告,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)星的錢理論上也得由衛(wèi)星服務(wù)來賺。因此,衛(wèi)星服務(wù)的重要性應(yīng)該說高于衛(wèi)星發(fā)射。

比如,在北斗導(dǎo)航系統(tǒng)建成前,我國普遍使用美國的GPS系統(tǒng),這顯然會危害我國的國防安全?!?023中國衛(wèi)星導(dǎo)航與位置服務(wù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書》中顯示,2022年,我國衛(wèi)星導(dǎo)航與位置服務(wù)產(chǎn)業(yè)總體產(chǎn)值為5007億元。定位終端總銷量約3.76億臺/套,應(yīng)用在智能手機(jī)、車載導(dǎo)航、物聯(lián)網(wǎng)、穿戴式設(shè)備、高精度定位等多種場景。與此同時,在通信授時、氣象監(jiān)測、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)歐洲咨詢公司(Euroconsult)的調(diào)研,2022年,美國在航天領(lǐng)域的投入高達(dá)620億美元,比其他國家的總和還多。中國的航天投入排名第二,但只有120億美元,和美國差距可謂巨大。航天是個非常龐大的領(lǐng)域,和互聯(lián)網(wǎng)輿論戰(zhàn)所流傳的1.3萬SpaceX員工領(lǐng)先70萬中國航天人所不同的是,根據(jù)不同口徑的統(tǒng)計(有些將航空航天合并),美國在航天領(lǐng)域的從業(yè)人數(shù)同樣也是幾十萬到上百萬不等。而我國航天領(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、祝融火星車等,但也有東風(fēng)系列導(dǎo)彈、彩虹無人機(jī)等軍事裝備。航天科工相對更偏向于軍事領(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)可謂包羅萬象,比如機(jī)械、汽車、電子、化工等領(lǐng)域都有涉及。

中國航天科技官網(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的報道,SpaceX公司2023年總收入估計為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NASA外包了。TechCrunch在今年發(fā)布了一份報告,他們獲得了6年前SpaceX的財報,顯示當(dāng)時NASA的外包合同占SpaceX收入的83%。因此,TechCrunch認(rèn)為,星鏈的未來對SpaceX的長期財務(wù)健康異常重要。另一則報道顯示,截至2021年,SpaceX共獲得政府支持經(jīng)費151.7億美元,占總經(jīng)費的62%?,F(xiàn)在SpaceX的一個新業(yè)務(wù)將是使用星艦載人登月,NASA的大合同自然會源源不斷。因此,某個角度而言,SpaceX是美國政府長期培養(yǎng)起來的公司。

如果我們再比較馬斯克的特斯拉電動車的話,差距就更大了。根據(jù)特斯拉發(fā)布的2023年財報,其營收為967億美元,利潤為150億美元。而2023年,全球汽車產(chǎn)業(yè)總值高達(dá)30萬億元人民幣,約合4.1萬億美元。2023年,我國汽車出口規(guī)模也首次躍居世界第一,新能源汽車市場份額更是占全球的63.5%。

雖然眼下SpaceX成了廣受關(guān)注的明星公司,但至少在目前來看,衛(wèi)星發(fā)射市場依然有限。根據(jù)EmergenResearch在2022年的一份報告估計,即便到了2030年,航天發(fā)射業(yè)務(wù)的規(guī)模也不過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,人類在整整50多年里都沒有與之匹敵的成就,歸根到底,是干這個太虧了。

美國阿波羅登月宣傳畫

因此,我可以認(rèn)為,SpaceX成功,一方面的確因為技術(shù)上的領(lǐng)先和敢于創(chuàng)新,另一方面,也必須考慮到市場規(guī)模有限,且投入巨大,周期又長,現(xiàn)有技術(shù)能基本滿足發(fā)射需求,并沒有引起廣泛的重視。而航天領(lǐng)域的長期沉寂,也是中國航天可以在較小投入下,逐步縮小差距的原因。

如果我們對比新能源汽車和自動駕駛等領(lǐng)域,從無數(shù)傳統(tǒng)車企到一大票造車新勢力,再到蘋果,華為、小米、百度等一堆原本和汽車毫不相關(guān)的企業(yè)都?xì)⑷肫渲?,就能感受到,巨大的汽車市場競爭要激烈得多,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,甚至去年我國簽的海外基建工程訂單都有2645億美元。只不過這些領(lǐng)域沒法講一個星辰大海的故事而已。

航天科技固然背負(fù)著人類的遠(yuǎn)大理想,但就現(xiàn)實來看,這更多讓我想到了幾年前關(guān)于對撞機(jī)要不要建的空前爭論。當(dāng)時我是堅定的支持楊振寧先生。因為哪怕我不是專業(yè)研究人員,但通過簡單的搜集網(wǎng)絡(luò)信息,也能判斷出高能物理領(lǐng)域已經(jīng)沉寂多年,更像個夕陽學(xué)科。在中國整體落后,國力有限,到處都需要追趕的時候,把錢投入到這種感性上可以找一大堆冠冕堂皇甚至危言聳聽的理由,但實際上投入大卻產(chǎn)出隨緣的領(lǐng)域,顯然我們還沒有財大氣粗到這種程度。

航天領(lǐng)域也一樣。雖然馬斯克所謂移民火星的口號在感性上讓人可敬,且讓人覺得我們又要錯過下一次大航海云云。但從現(xiàn)實角度,我個人認(rèn)為,目前實在沒必要在航天領(lǐng)域過多投入,只需要量力而行,逐步跟隨,并讓民間資本嘗試即可。畢竟因為美國對我國航天科技的長期封鎖,這一領(lǐng)域早就獨立自主不用擔(dān)心被卡脖子,中美也互相搶不到各自市場,而中美以外的市場更是有限。

與之相反,我國芯片領(lǐng)域則被長期卡脖子,且依賴大量進(jìn)口。一方面美國強(qiáng)迫各國廠商不賣給我們高端芯片和制造設(shè)備,一方面又高價向我們出售中低端芯片。雖然近年來芯片進(jìn)口呈逐年下降趨勢,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)報道,我國這些年在芯片領(lǐng)域的投入遠(yuǎn)超航天,應(yīng)該都在萬億人民幣以上(含臺灣)。

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)這兩個細(xì)分領(lǐng)域,我國顯然落后于SpaceX。但同時我們也應(yīng)該看到,我國和美國在航天領(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1969年登月時,中國連衛(wèi)星都還沒有成功發(fā)射過。當(dāng)中國2003年剛實現(xiàn)載人航天,美國的航天飛機(jī)卻在2004年宣布退役了。當(dāng)中國已經(jīng)建成天宮空間站,美國還在與俄羅斯合用超期服役的國際空間站。當(dāng)中國嫦娥登月計劃穩(wěn)步推進(jìn)時,美國的新登月計劃卻接連受挫。

那么我們到底還落后SpaceX多少呢?

2023年底,星際榮耀的雙曲線二號成功實現(xiàn)了回收實驗,飛行高度343米,飛行時間63秒,橫向位移50米。這大概類似于2013年SpaceX蚱蜢火箭第7次實驗的水平。當(dāng)時蚱蜢火箭飛行高度250,飛行時間70秒,橫移100米。由此可見,目前我們在這個方向大概還落后十年的樣子。

雙曲線二號

按目前的消息,近兩年我國將有多款可回收火箭進(jìn)行實驗。比如航天科技集團(tuán)就發(fā)布消息稱,我國正抓緊研制4米級、5米級可重復(fù)使用火箭,計劃分別于2025年和2026年首飛。民營公司方面,將有朱雀三號、天空三號、智神星一號、引力二號將進(jìn)行實驗。因此我相信,我國在這方面的差距一定會逐漸縮小。

星艦的第四次發(fā)射可算成功,但目前幾次實驗其實沒有載荷,離可回收150噸的目標(biāo)還有不小的距離。至于載人,在我看來還很不靠譜。起碼我是不敢坐這個不停掉隔熱瓦、控制翼面也被燒穿的玩意的,至于幾十百來號人用這個來運輸,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有。根據(jù)SpaceX官網(wǎng)發(fā)布的星艦用戶手冊,星艦的單次近地軌道(LEO)設(shè)計運力的確是100+。但到了地球同步軌道(GEO),其運力只剩下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)。

星艦官方用戶手冊對運載能力的介紹

之所以會這樣,問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)太陽照射升溫,燃料就會迅速蒸發(fā)。為了解決這個問題,SpaceX設(shè)計了一個太空加油方案,通過發(fā)射專用的加油星艦,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NASA將登月合同給了SpaceX,怒而將NASA告上法庭。美國政府對此的調(diào)查報告顯示,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)將宇航員從地球運送到月球軌道。另外一艘專門設(shè)計的星艦,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+運力。

星艦擁抱式加油方案

星艦背對式加油方案

這可能和一些朋友想象的一艘超級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不得人的勾當(dāng)。其實,連NASA都不敢完全信任這個方案。眼下美國的新登月計劃有多家公司參與,負(fù)責(zé)運用獵戶座飛船到達(dá)月球軌道的是波音設(shè)計的SLS火箭,已經(jīng)燒掉了約200億研發(fā)費用。其采用一次性設(shè)計,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)移軌道運力為27噸,未來型號將逐步發(fā)展到46噸。SLS火箭可謂命運坎坷,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

雖然美國在50多年前就完成了多次登月,但美國的新登月計劃卻相當(dāng)不順利。老牌的波音現(xiàn)在垂垂老矣,負(fù)面新聞頻發(fā),還是個吞金獸。SpaceX到是便宜,但給出的又是一個尚未驗證過的加油方案。這也是阿耳忒彌斯登月計劃一再推遲的原因。該項目在2017年啟動,預(yù)計2024年登月,2028年建立月球永久基地。但目前已經(jīng)接連跳票,最新時間已經(jīng)推遲到2026年。如果未來再次跳票的話,甚至有可能被我國搶先。

星艦看起來運力驚人,但適用的場景恐怕也沒那么多。畢竟登月這種事不需要經(jīng)常干,普通的衛(wèi)星哪里需要上百噸的運力呢?通常來說,對于單顆小衛(wèi)星客戶,最省錢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)射需要等待幾個月到1年不等,而要拼夠星艦上百噸的運力,恐怕要更久。就如同航空業(yè)一樣,空客A380和安-225這類巨無霸都先后退役,證明了運載器并不是越大越好。

2023年,獵鷹9號發(fā)射了91次,而重型獵鷹其實只發(fā)射了5次。在我看來,眼下我們只需要對標(biāo)獵鷹9號約3000美元每公斤左右的發(fā)射成本即可。目前國內(nèi)幾家民營火箭公司,基本都把自己的初期目標(biāo)定位到這一水平,并計劃在未來將成本降到獵鷹重型的水平。

星鏈看上去更有錢途

相比可回收火箭發(fā)射業(yè)務(wù),星鏈反而后來居上,在短短數(shù)年里就為SpaceX帶來了更多的收入,表現(xiàn)出更廣闊的市場前景。2024年5月,馬斯克稱,目前星鏈用戶已經(jīng)突破300萬。假設(shè)在未來用戶規(guī)模能達(dá)到幾千萬的話,這可能將是另外一個特斯拉級別的項目。

星鏈?zhǔn)袌鍪呛苊鞔_的,就是為一些偏遠(yuǎn)地區(qū)、船舶、飛機(jī)、汽車等提供上網(wǎng)服務(wù)。和我國三大運營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)國家,不少運營商并不會為偏遠(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地球。

不過,其缺點也很明顯。地球同步軌道高度過高,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)星電視這樣沒有交互需求的單向廣播、或者衛(wèi)星電話這樣對延遲不敏感、帶寬需求較低的場景。低軌道(GEO)衛(wèi)星通常在2000公里以下,延遲更低,信號更強(qiáng),可以滿足高速上網(wǎng)的需要,但缺點就是需要發(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。上個世紀(jì)的銥星項目直接破產(chǎn),2012年英國的OneWeb項目則舉步維艱,一度申請破產(chǎn)。直到SpaceX依賴自身強(qiáng)大的低成本衛(wèi)星發(fā)射能力和馬斯克的成功營銷,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都因為SpaceX迎來了轉(zhuǎn)機(jī)。目前法國的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和星鏈的競爭對手。Viasat和HughesNet則是星鏈崛起前美國主要的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)商,已經(jīng)運營十年以上,覆蓋到了全球幾十個國家,不過卻鮮有人知。其主要缺點是延遲特別高,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satellitemap.space網(wǎng)站的在線三維地圖,實時查看星鏈和OneWeb的運行情況,瀏覽衛(wèi)星編號、發(fā)射時間、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

通過對比我們能夠發(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),但延遲和帶寬也沒法和星鏈相比。相信Viasat和HughesNet也是因為衛(wèi)星軌道較高和數(shù)量較少,導(dǎo)致存在同樣的問題。

OneWeb衛(wèi)星分布圖

然而,星鏈未來也將面臨許多挑戰(zhàn)。

首先其龐大的衛(wèi)星數(shù)量,注定了其價格并不便宜,相對于固定寬帶和移動網(wǎng)絡(luò)并沒有價格優(yōu)勢,只能服務(wù)于特定人群。目前官網(wǎng)顯示的最新價格為每月120美元,還要購買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。如此高昂的價格,顯然只有發(fā)達(dá)國家才能承受。根據(jù)2022年SpaceX發(fā)布的數(shù)據(jù),其客戶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)國家的人們,可以多人合伙購買一個星鏈終端,但這樣客戶數(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。美國雖然是全世界最強(qiáng)大的發(fā)達(dá)國家,但去年的一則報道顯示,全美仍有超過830萬家庭和企業(yè)缺乏高速寬帶服務(wù),主要集中在偏遠(yuǎn)地區(qū)。2020年,美國政府發(fā)布了一項計劃,要在未來十年向偏遠(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?,在美國這種發(fā)達(dá)國家都需要補(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連接衛(wèi)星和國際互聯(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)射上萬顆衛(wèi)星外,星鏈還準(zhǔn)備在全球建設(shè)上百萬個地面站,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,在周圍沒有地面站的地方,只能使用其他衛(wèi)星中繼到最近的地面站,這樣延遲將會大大增加。星鏈雖然采用了極其復(fù)雜的軌道讓其在用戶密集地區(qū)可以相對分布更多的衛(wèi)星,但總體來說,依然有大量衛(wèi)星運行在人跡罕至的地區(qū),造成資源浪費。而在用戶密集的北美地區(qū),又會出現(xiàn)衛(wèi)星不夠的問題。雖然Starlink支持將多顆衛(wèi)星偏轉(zhuǎn)向熱點地區(qū)幾十到數(shù)百公里以緩解擁堵問題,但在一個足夠大的范圍內(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)。在美國版知乎上,就有數(shù)個相關(guān)提問。

根據(jù)測速網(wǎng)站SpeedTest運營商Ookla在2023年發(fā)布的星鏈測速數(shù)據(jù),也證實了星鏈在美國的速度中位數(shù)(下載66.59Mbps/上傳7.74Mbps)反而不如加拿大(93.97/9.60),且全面落后參與測速的所有南美國家,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,但其價格又已經(jīng)超過了當(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)該是用戶多起來但地面站卻沒有跟上導(dǎo)致的。

星鏈與Viasat、HughesNet的北美洲測速比較,灰色為固定寬帶提供商

星鏈與Viasat、HughesNet的南美洲測速比較,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)大星鏈的潛在用戶規(guī)模,但也必然會加劇其負(fù)載問題。而且手機(jī)的功率和天線較小,應(yīng)該會存信號不穩(wěn)定和耗電問題,在室內(nèi)更是難以解決信號被建筑遮擋問題。由此可見,星鏈要承受更大的用戶規(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)成本也會越來越大。

報告還指出,面對星鏈的競爭,Viasat、HughesNet和OneWeb都在加緊行動,同時亞馬遜的Kuiper衛(wèi)星項目也已經(jīng)在行動之中。另一個新聞則指出,因為星鏈搶占市場,HughesNet去年已經(jīng)失去了四分之一的客戶,據(jù)說在2022年時還有140萬用戶,而Viasat的用戶規(guī)模同樣在下降??梢?,和一些人以為星鏈要和固定寬帶競爭不同,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Project Kuiper和未來中國版星鏈在內(nèi)更多同行的競爭,在遠(yuǎn)期,傳統(tǒng)的電信運營商也將升級到空地一體化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的,其優(yōu)勢主要是自己同時擁有火箭發(fā)射能力,在這一塊能省不少錢,敢于率先在更低軌道部署更多衛(wèi)星。

從俄烏戰(zhàn)爭我們能看出,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)的對外網(wǎng)絡(luò),馬斯克為此宣布向加沙地區(qū)的國際救援組織提供星鏈服務(wù)。未來全世界多地可能爆發(fā)各類軍事沖突,而從斯諾登事件可以看出,美國又慣常利用其互聯(lián)網(wǎng)優(yōu)勢監(jiān)視甚至操控別國,因此我國也有必要建設(shè)類似星鏈的系統(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,為友好國家提供必要的衛(wèi)星服務(wù)。

空天飛機(jī)和太空核動力

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,比如美國冷戰(zhàn)時期搞的航天飛機(jī)。雖然我國在可回收火箭領(lǐng)域的確落后SpaceX,但不代表我國在可回收航天器的所有方向都落后美國,更不能說明我國沒有戰(zhàn)略眼光和創(chuàng)新精神。通過研究這些年的新聞,我大致可以判斷,我國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,但另一方面,我們將利用你自己的技術(shù)技術(shù)優(yōu)勢開拓新的賽道,我國未來的主力載人可回收航天器,可能會是水平起降二級組合動力空天飛機(jī)。

為啥這么說呢?

火箭發(fā)射時的過載非常大,不是每個人都有航天員那樣的身體素質(zhì)。因此身體較差的人沒法坐火箭,正常身體素質(zhì)的人,也需要接受幾個月甚至一年的訓(xùn)練??仗祜w機(jī)起飛過載則要小很多。

火箭還得在專用發(fā)射場發(fā)射,空天飛機(jī)在機(jī)場起飛即可,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。空天飛機(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。要說缺點,就是他技術(shù)難度特別大,在我看來比SpaceX的可回收火箭大得多,初期的運載能力也有限,應(yīng)該不太適合貨運。

但即便如此,我國對此卻早已布局,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年航天運輸系統(tǒng)發(fā)展路線圖》中畫了無數(shù)個大餅,聲稱到2045年,我國將全面建成航天強(qiáng)國。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、空間太陽能電站、天梯、地球車站、空間驛站等等。

但里面有些餅則已經(jīng)實現(xiàn)。比如其中提到,2025年前后,可重復(fù)使用的亞軌道運載器研制成功。同時,該文件還預(yù)計,在2040年前后,我國組合動力兩級重復(fù)使用運載器研制成功,核動力空間穿梭機(jī)出現(xiàn)重大突破。

2020年時,中國就公開聲稱成功發(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)行了報道,將其和美國的X-37B進(jìn)行了對比,并驚呼中國的太空野心日益增長。俄國方面,則認(rèn)為這可能是中國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計劃中的航天飛機(jī)計劃。

到了2023年,我國再次宣布,重復(fù)使用試驗航天器在軌飛行276天后成功返回預(yù)定著陸場,為和平利用太空提供技術(shù)支撐。而一直密切監(jiān)視中國相關(guān)動向的美國,則聲稱,發(fā)現(xiàn)神龍?zhí)柨仗祜w機(jī)釋放六個神秘物體,且能發(fā)出信號,可能是衛(wèi)星,還聲稱之前的任務(wù)每次都至少釋放了一個小物體。

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,公開發(fā)布了騰云計劃。聲稱該航天器將可從地面機(jī)場水平起飛,在大氣層中加速爬升;到達(dá)30至40公里高度時一二級分離,一級水平著陸返回;二級繼續(xù)爬升進(jìn)入近地軌道,完成運輸任務(wù)后再入大氣返回。其起飛時,使用低速性能好的渦輪發(fā)動機(jī);達(dá)到一定速度后,改用沖壓發(fā)動機(jī);到達(dá)臨近空間,使用火箭發(fā)動機(jī)進(jìn)入太空。項目計劃在2025年完成關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān),2030年完成兩級入軌空天飛行器技術(shù)驗證試飛。

2020年的中國航天大會上,我國專家再次畫餅,計劃到2045年實現(xiàn)1小時全球抵達(dá)、地面與軌道間以及軌道與軌道間的“航班化”航天運輸。項目分三階段推進(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),形成試驗使用系統(tǒng);2035年實現(xiàn)目標(biāo)初步建成,總飛行數(shù)百次、總貨運千噸級、總客運千人次;到2045年目標(biāo)全面建成,實現(xiàn)按需發(fā)射,每年總飛行次數(shù)達(dá)到千次量級,總貨運萬噸級,總客運萬人次。

每年萬噸級和萬人次,可見,這個餅也不算小了。

根據(jù)我的猜測,騰云工程的重點是搞出從機(jī)場水平起飛的一級運載器,而神龍空天飛機(jī)則用于二級運載器的前期驗證。兩者組合起來,就是一個完整的組合動力兩級重復(fù)使用運載器。

2021年,在武漢舉行的第七屆中國(國際)商業(yè)航天高峰論壇上,航天科工宣布騰云工程圓滿完成了我國首次液體火箭沖壓組合發(fā)動機(jī)模態(tài)轉(zhuǎn)換飛行驗證,實現(xiàn)了空天飛行組合動力技術(shù)的重大突破。2023年,央視曝光我國30倍音速激波風(fēng)洞。專家稱,我國正在研制兩級水平起降空天飛機(jī),并演示了一種分離方案的實驗。同時還稱,目前正在研制一種駐定斜爆轟發(fā)動機(jī),已經(jīng)做到了7-9馬赫,未來目標(biāo)是16馬赫。

由此可見,在空天飛機(jī)這個方向我們是不輸美國的,甚至可以說是完全領(lǐng)先的。高超音速風(fēng)洞、高超音速導(dǎo)彈、空天飛機(jī),可以說他們是一個環(huán)環(huán)相扣的技術(shù)路線,這也是我國沿著這一方向前進(jìn)的生態(tài)優(yōu)勢。當(dāng)然,我國領(lǐng)先的往往沒有熱度,而且網(wǎng)上一些網(wǎng)友挺奇怪,一說到空天飛機(jī)和騰云工程,要么就說沒前途,要么就說絕無可能。至于另外一個核動力空間穿梭機(jī),目前消息更少。雖然SpaceX在一些人眼中,已經(jīng)是吊打中國航天的存在,馬斯克更是人類文明之光,但不得不承認(rèn)的是,其二十年來研究的主要方向,依然是傳統(tǒng)的化學(xué)火箭。

目前NASA正在推進(jìn)對兩種核動力火箭方案的研究,最早將在2025年進(jìn)行發(fā)射實驗。此外,一些英美科技公司也在積極研究太空核動力。比如英國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的美國公司,計劃在今年在太空中測試首個微型核聚變增強(qiáng)脈沖等離子體發(fā)動機(jī)。

我國在這方面的新聞目前還不多。不過,2018年,中國航天科技集團(tuán)的專家接受采訪時曾表示,他們正聯(lián)合中國核動力相關(guān)研究設(shè)計單位,開展空間核動力方案論證和關(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2040年前后實現(xiàn)核動力空間穿梭機(jī)的重大突破。

雖然還沒有看到我國在太空核動力方面的實質(zhì)進(jìn)展,但核能的確是我國重點投入的一個方向。根據(jù)美國之音今年的一個報道,目前我國有26臺建造中的核電機(jī)組,為全球最多,在他們看來已經(jīng)嚴(yán)重威脅了世界安全。全球首個陸上商用模塊化小堆玲龍一號正式投用;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;中國聚變能源有限公司揭牌,同時宣布可控核聚變?yōu)槲磥砟茉次ㄒ环较颍夹疚覈诤四茴I(lǐng)域的領(lǐng)先地位。2024年,美國的華府智庫發(fā)布報告稱,中國在核能技術(shù)方面領(lǐng)先美國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,我們能看到我國的核動力飛行器飛往火星。

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