在疫情肆虐的2月,大部分人都待在家裏或是遠程辦公,中國西昌衛星發射中心卻一直在保持工作。3月9日長征三號運載火箭成功發射北鬥三號GEO-2衛星,這使北鬥三號衛星導航系統全球組網只差最後一步,最後一顆衛星將于今年5月發射。
北鬥全球組網是2020年的一件大事。本質上來說,北鬥作爲廣播式衛星導航系統,從技術上全人類有一套就可以,目前美國已有GPS,但基于“美國有的我們也得有”,所以即使有了GPS,北鬥也依然要盡快完成全球組網。
隨著兩個大國之間的角力——大國競爭時,航天永遠是非常重要的一環,所以下一步業界判斷,“星鏈(Starlink)”的競爭也會同樣被擺上議程。
用最簡單的話來介紹星鏈(或者說“天基互聯網”)——在太空地球低軌上,通過一個由大量衛星相互連接而組成的星座,來爲全球提供5G級別的高速互聯網服務。
爲什麽星鏈在2020年特別重要?因爲它不僅僅是構想,而是美國今年就要實現了。
2018年2月,馬斯克用“重型獵鷹”把一輛特斯拉Roadster跑車發射進太空,奔向火星軌道。
星鏈所在的地球低軌軌道,與傳統衛星所在的地球靜止軌道
對于廣播電視來說這種延遲無關緊要,對于電話來說可能有點作用,但對于金融業例如高頻交易,或是一些醫療和技術應用場景,速度至關重要。
這個計劃的缺點是,因爲離地球更近,要想覆蓋同樣面積,需要更多衛星。例如SpaceX瘋狂的星鏈計劃,預計向太空發射4.2萬顆衛星。自人類有能力向太空發射物體開始,目前有接近9000個物體被發射到地球軌道上,但星鏈計劃將是全人類已有發射量的5倍。
緊隨SpaceX步伐的是OneWeb,它的星鏈規模較小,但提出的時間更早,OneWeb的理念是連接那些還未連接互聯網的人。在2019年早些時候,OneWeb發射了6顆衛星,它還與空中客車合資成立了一家公司,並建立了一條供應鏈來生産衛星,批量生産將降低衛星的制造成本。
OneWeb在2016年准備用720顆衛星實現低軌覆蓋,但在2020年1月又追加了1260顆的申請,這些將在2021年之前完成第一階段部署。OneWeb的計劃是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。不過OneWeb沒有發射火箭的能力,需要采購其他公司的服務。
亞馬遜提出了自己的星鏈計劃Kuiper項目,但至今還未發射任何衛星,而且處于早期研發階段,亞馬遜計劃發射3236顆近地軌道衛星。
不過亞馬遜在地面基礎設施方面領先一步,因爲這些衛星還不能直連手機,需要在地面設有簡易站點,亞馬遜AWS還推出了將衛星與雲計算連接起來的新業務。另外亞馬遜創始人貝索斯也是狂熱的火箭與太空探索愛好者,他投資了藍色起源Blue Origin。
“一箭60星”在火箭內排列
星鏈所在的低軌資源十分重要
在地球低軌300km-1000km的軌道高度上,美國的SpaceX與OneWeb等公司達成共識,認爲在保證星鏈安全的前提下,大概能容納5萬顆衛星,小火箭的邢強博士也同意該數字。
SpaceX在1.2萬顆的基礎上,立即又補申請了3萬顆,總共規劃數量變成了4.2萬顆。加上OneWeb和亞馬遜申請的4000多顆,總數目卡在5萬顆。這意味著留給後發國家的空間越來越狹小,軌道資源將成爲一個重要門檻。
對于中國來說,這個局怎麽破?我們是不是要參考美國的經驗,大力扶持民營力量,還是把所有壓力都給國家的長征或者快舟系列火箭?這個運力足夠嗎?
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SpaceX的星鏈計劃爲什麽能夠實現?
SpaceX顛覆了什麽?
SpaceX成立于2002年,是一家“很老”的公司,由特斯拉創始人埃隆·馬斯克(Elon Musk)創建。馬斯克極富有冒險精神,他認爲美國航天機構深受官僚主義束縛,造成航天發射費用居高不下。
SpaceX成立之初的目標就是,把航天發射的成本降到美國政府經營所需費用的十分之一,以及將太空運送物資和人員的風險也同步減少至以往的十分之一。
在SpaceX成立初期,國際火箭發射市場主要由美國聯合發射聯盟(ULA,波音與洛馬合資設立的企業)與法國阿裏安(Arianespace)所壟斷,單次軌道發射的價格高達2.2億美金。SpaceX在2010年首次成功發射Falcon 9(獵鷹)火箭,以阿裏安發射報價的三分之一進入商業火箭市場,一舉打破壟斷。
可回收火箭的技術發展可以追溯到1972年,這項技術比NASA的航天飛機回收更難,因爲航天飛機的返回是利用氣動力,垂直起飛水平著陸,但可回收火箭是垂直降落。這項技術前蘇聯也有大量研究,但真正的工程化實現,是SpaceX完成了。
SpaceX之所以能這麽創新,與創始人馬斯克充滿冒險精神的個性、公司工程師文化密不可分。只有民營公司,對成本更加介意,才會從源頭上去思考如何是真正的提高效率,比如用什麽化學燃料來節省電推進系統的成本。SpaceX對失敗的容忍度,是波音、洛馬,包括中國大部分公司目前都做不到的,這使SpaceX做了一系列大膽嘗試,當然也炸了不少火箭。
“一些人質疑SpaceX收到了NASA的大量技術,但其實這種說法是很外行的。”邢強說,對于美國工程師來說NASA的很多技術都是公開的,NASA沒有給SpaceX提供太多獨享技術,最大的幫助就是在SpaceX快沒錢的時候,給了16億美元的貨運訂單。
“民營公司一定要走不一樣的道路,如果你去開發跟國家隊一樣的産品死磕沒有意義。”商業小衛星服務商天儀研究院創始人楊峰認爲,“SpaceX一直都是一家不一樣的公司,它是在被人質疑和嘲笑的道路上走出來的。”
很明顯,中國航天也需要這樣“攪動市場的鲶魚”。
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星鏈會替代5G嗎?
星鏈作爲天基互聯網,它與地基互聯網(比如通過地面光纜連接的5G)會是什麽關系?
大部分接受我們訪談的投資團隊同事,與被投的相關領域公司都認爲,未來用戶無需關心信號是怎麽傳輸的,而手機會自動轉換,就像現在2G/3G/4G/5G之間的切換一樣,會在地面光纜和太空低軌衛星的信號之間自動切換。
地面天文台拍攝出了星鏈衛星的軌迹,這破壞了觀測
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中國版星鏈將爲一級市場提供哪些投資機會?
自2019年5月24日SpaceX“一箭60星”發射成功開始,中國對星鏈的重視開始加速。
此前,中國有兩大國企——航天科工集團提出的“虹雲工程”,和航天科技集團提出的“鴻雁星座”,都是中國版的星鏈計劃。但隨著SpaceX 2020年的密集發射計劃,僅靠“虹雲”和“鴻雁”(今年會有新的重大舉措),可能不足以支持中國對星鏈急迫的需求。
中國的航天産業比較特殊,與芯片和半導體不同,中國航天從一開始就在發展核心技術,因爲這些技術必須獨立研發,技術積累是芯片和半導體不能比擬的,沒有重大短板,一旦民營放開發展速度會很快。
從全球發射次數上來看,總發射次數在上世紀六、七十年代,每年都是過百的,原因在于這是一個美蘇太空爭霸的時代,除了軍事衛星,任何衛星只要有一方有,另一方也要有,要互相制衡。蘇聯解體後,美國很多事情就放緩了。
後來美國的運載火箭和航天飛機,都遇到了很大挫折,導致航天進入了低谷期,一直持續到21世紀。21世紀前10年,全世界的航天發射次數沒有一年超過100次。但奧巴馬政府提出了“重返月球”計劃,特朗普政府甚至要登陸火星。
按照全球航天業的發展經驗,行業格局一般是由兩家龍頭公司,占據整個商業太空産業的70%;龍頭之後會有第二梯隊,3-5家公司占據20%的市場份額;最後剩下的10%市場,會有數百家一起分,主要是配套類。
中國未來的行業格局也將類似。所以在現階段,考察一家公司的價值,主要看有沒有自己的核心技術和人才儲備。
例如,對于運載火箭來說,有沒有自己的液體火箭發動機研發技術、有沒有火箭的總體設計技術,有沒有制導控制技術,需要從這三個方面來判斷。
因爲對于火箭和衛星産業來說,一般分爲三個發展階段:最先就是技術開拓,例如SpaceX掌握了火箭可回收技術;然後是産品線調整的階段,例如當SpaceX掌握了低成本發射火箭的方法後,開始搞衛星,僅用了一年時間,就從沒有一顆衛星,到全球最大的在軌衛星運營商;最後就是鞏固壟斷地位,大量接收商業公司或政府軍方的訂單。當年波音和休斯公司的發展,也遵從了這樣的軌迹。
而在衛星産業,差異化競爭非常重要。現在中國有200多家衛星企業,如果在初期跟國家隊硬剛,直接就會被碾死。所以這些公司要麽選擇技術産品的差異化,例如天儀研究院從空間科學實驗突破,再涉足與國家隊不一樣的遙感、通信業務。至于遠期,整個行業大概率是通信導航遙感融合。
另一種是盈利模式差異化,國家隊做總體,而創業公司逐漸成爲核心供應商,做“小市場裏的大玩家”。
在國際市場,商業航天占整體3/4還多一點,政府只占不到1/4,但中國目前90%是國企。隨著美國商業航天帶來的快速發展肉眼可見,中國的紅利期其實非常明顯。三年之後,民營企業將不再是國家隊的補充。如果民營航天出現了中型推力的液體運載火箭,屆時中國商業航天的市場增量將極其客觀,預計可以分得20%-30%的市場份額,“誰的訂單量大就是核心指標了。”
美國從90年代銥星計劃,後來破産被收購,再重新發展起來,再到SpaceX,在馬斯克和貝索斯之前,有太多人在這個市場開墾,已經成爲比較成熟的市場,但中國航天仍然封閉在兩大國有集團內部,其實是一片急需開墾的土地。
看好星鏈的人會認爲,星鏈很像當年的移動互聯網,當時也很難想象未來手機App和二維碼的普及。星鏈會激發100-200公斤量級的衛星大量出現,它們可關聯的業態將非常多。
馬斯克用“重型獵鷹”把一輛特斯拉Roadster跑車發射進太空全程回顧。近年來人類向外太空探索將進入新周期。
在商業航天領域,經緯投資了國內領先的電推進系統提供商遨天科技,它爲衛星提供推力的先進技術;國內領先的衛星大數據商業化落地企業佳格天地,在全球率先將目標智能識別和機器深度學習技術應用于遙感影像;國內領先的空間資源開采服務商起源太空;國內領先的多功能、低成本小衛星星座建設者天儀研究院;國內首家成功入軌的民營火箭公司星際榮耀,亦是國內首家實現“一箭多星”的民營公司……(以上排名爲公司名首字母音序)在這個高速發展的萌芽階段,我們期待與優秀的、有探索精神的公司攜手去探索。
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References:
1、《小火箭對SpaceX星鏈計劃低軌巨型星座的分析》[M/OL],小火箭微信公衆號(ixiaohuojian),感謝邢強博士的分析;
2、中金公司,《SpaceX:從顛覆式創新到星際旅行》