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商业航天,一次人类新的大航海运动

发布时间:2023/3/20 17:24:28   
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大概三年前,我的好朋友,天仪研究院的杨峰通知我,说我的名字和许多“青腾大学”的校友的名字一起,被刻在了他们公司发射的一颗卫星的外壳上,送上了太空。这可能是我第一次觉得,航天距离自己有那么近,发射一颗卫星,有这么容易。

现在,在国内发射一颗百公斤的小卫星的价格,大概需要几千万人民币,在美国,埃隆-马斯克旗下的SpaceX已经把这个价格降到了万美元以内。埃隆-马斯克宣布,将在五年内,把每公斤的发射成本从0美元降到10美元。10美元,这是什么概念?这意味着,假设一个成人的体重是80公斤,那么将一个人差不多重的物体送上太空的成本大概只相当于几千块钱人民币。与此同时,卫星的生产成本也在大幅下降,产量急剧提升,马斯克旗下的OneWeb卫星公司现在已经实现了每个星期量产几十颗小卫星——而此前一颗卫星的生产成本动辄10亿人民币,生产时间更是以年计。

换句话说,这么便宜的价格,以后说不定许多学校、许多企业都可以发射几颗自己的卫星上天玩一玩。卫星通信、导航、遥感、探测等产业将可能在10年内被彻底颠覆。

由于马斯克旗下的SpaceX商业航天公司这些年的突飞猛进,在中国也出现了一大批效仿它的商业航天公司,包括星际荣耀、蓝箭航天、零壹空间、深蓝航天这样的商业火箭企业,以及天仪研究院、微纳星空、银河航天等为代表的商业卫星企业,他们的融资和发展速度都很快。

现代航天的起源来自于冷战的需要,就是证明我有多厉害,苏联先发射第一颗人造卫星和送上天第一个宇航员,美国马上感受到了巨大的压力,成立了NASA——这就是美国版本的举国体制,然后和苏联展开竞争。大白话讲,早期的航天更像是大国的形象工程。

时至今日,航天仍然更加像科研领域,而不像一个产业。

科研是指人类可以探索性地把宇航员送往月球,并带回一些月球的土壤供科学家做实验,但是并没有实现宇宙飞船、航天飞机、火箭、卫星的大批量量产,也没有实现把几万人送上月球或者火星。

美国卫星协会发布的年卫星行业状况报告显示,年环绕地球运行的人造卫星总数只有颗,年,全球一共只完成了次火箭发射,发射航天器个,这已经是年以来的新高。其中中国发射了55次。全球航天经济的整体规模约为亿美元。

可以看到,航天距离一个产业仍然有非常大的距离,一群精英科学家主导着全球的航天部门,而国有机构们因为担心出错,对于发射成功率有着近乎偏执的追求,甚至在很多国家的考核当中,发射成功率是最核心的指标之一。这导致了全球的航天技术迭代在冷战结束后长期处于较慢水平,一些能力甚至出现退步。

杨峰认为,航天要真正变成一个产业,需要有几个代表性的指标,首先从资金上来讲,涌入到航天的钱应该是来自市场自发进入,而不纯粹是行政拨款。此外,在航天领域要形成完整的商业闭环,为用户创造价值。

如果我们从投入来源来分类,航天大致可以分为两类:国家投入航天和商业航天。国家投入航天指的是钱由国家出,完成某个国家的任务。商业航天指的是钱由市场资金投入,完成某个商业任务。

他有个很形象的比喻,郑和与哥伦布都是搞航海,但是其性质差别很大。郑和是拿了国家的钱,搞一个航海壮举,但是并没有带来商业层面的带动。而哥伦布和麦哲伦这些西方的航海家,他们搞大航海最早的钱是去西班牙、葡萄牙的王室借的钱,航海成功之后需要产生经济回报给资助他们的王室,这样就会刺激更多的资金投入到航海事业当中。

长期以来,阻碍全球航天由科研变成产业的一个重要原因就是一个字,贵。

50年代时候,美国制造和发射一枚土星五号火箭的成本是1.8亿美元,一次性的,要知道,那个时候的1.8亿美金相当于现在的十几亿美金。

因为航天发射的高成本而导致商业失败的最著名案例是摩托罗拉的铱星计划。

上世纪90年代初,摩托罗拉的工程师巴里·伯蒂格和妻子在加勒比海度假时。妻子抱怨说她无法用手机联系到她的客户。回到家以后,巴里和摩托罗拉在亚利桑那州工作的卫星通信小组的另外两名工程师想到了一种铱星解决方案——由77颗近地卫星组成的星群,让用户从世界上任何地方都可以打电话。由于金属元素铱有77个电子,这项计划就被称为“铱星计划”,虽然后来卫星的总数降到了66个。

摩托罗拉公司遍寻全球可以提供火箭发射的国家为他发射这些卫星,美国的"德尔塔2型"火箭,俄罗斯的"质子k型"火箭和我国的"长征2号丙改进型"火箭分别承担了铱星的发射任务。年5月,布星任务全部完成,年11月1日,正式开通了全球通信业务。这个项目花费了50亿美金,但是由于发射卫星的成本过于昂贵,导致使用这个系统通信的成本非常高昂。而此时,在地面架设基站发射信号的移动通信模式在全球流行,这种通信方式虽然不如卫星通信覆盖的区域那么广,但是成本大幅降低,迅速击败了名噪一时的铱星计划。到年,铱星公司宣布破产时,它只发展了1万名用户。

在上世纪90年代,无数投资人在航天这个行业亏的裤子都不剩,比如比尔盖茨也曾经投了很多钱进航天领域,结果亏损严重,大失所望后,后来表示再也不想碰这个行业。此后,人类航天进入低谷期。

航天僵局的打破来自马斯克的SpaceX的入场,他干的事情简单说起来就是降成本,10倍、倍的降成本。

同样在发展可回收复用式火箭的深蓝航天的霍亮在我们的直播当中仔细拆解了下SpaceX降低成本的方法。

马斯克进来之后首先把航天器的成本拆到最小单元,就跟他造特斯拉电动车的时候干事情一样,发现一次性使用的液体燃料占火箭的成本仅仅是千分之五,而火箭箭体发射一次就报废了,于是开始发展可回收复用式的火箭降低成本。同时他发现,火箭主要是铝合金、钛、铜和碳纤维制造的,这些原材料只占火箭成本的2%。他得出结论,火箭之所以贵,不是因为原材料贵,而是过去的制造商将这些原材料组合搭配、技术水平出了问题,所以马斯克在生产制造环节做了大量的革新——就跟当年福特搞流水线改造汽车生产线一样。

霍亮指出,假设液体燃料占全箭成本不到千分之五,而你的火箭又可以重复使用,那么理论上火箭发射成本不就可以倍地降吗?不久前,霍亮创办的深蓝航天,在中国首次测试成功了缩小比例的可回收复用式火箭,引起了业界

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