图/时隔20年,《航空周刊》对SpaceX的报道截然不同
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图/时隔20年,《航空周刊》对SpaceX的报道截然不同

寄意寒星荃不察,我以我“写”荐轩辕。

文/甄欣

编辑/吴语

思考的基础,“大航天时代”到底在发生什么?

太空的变革与当下的状态

太空的变革与当下的状态

我国2024年的火箭发射定格在68次,而SpaceX在2024年实施火箭发射133次,包括130次猎鹰九号发射,2次猎鹰重型发射,以及3次星舰发射(截至12.30)。

虽然SpaceX没能完成年度144次发射的目标,但轨道级发射130次的数字还是占了全球今年入轨发射总数的一半以上,也远超该公司2023年的98次纪录。

中国的航天央企加民商公司小兄弟们加总,差点就实现了SpaceX一家50%的发射量。

如果统计发射的有效载荷数量及质量(更反映实质的数据),对比之下会过于难看,在此不拿出来伤害自信和感情。

图源/一锅毛豆子
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图源/一锅毛豆子

明年,星舰有望投入使用(仓库里还有8发一级成品),加上猎鹰九号计划发射180次,上述数据对比会更加悬殊。

  • 2025,猎鹰九号计划飞行180次,星舰计划飞行25次;运力折算关系上,星舰飞行一次相当于猎鹰九号飞行10次。
  • 2025-2028,星舰飞行400次,相当于猎鹰九号飞行4000次。
  • SpaceX发射频次从快速发射(fast launch)走向闪电发射(lighting launch)。

鉴于美国将继续优化FAA(美国联邦航空管理局现在的审批效率已是惊为天人),制度上为SpaceX或者美国商业航天令人望尘莫及的领先做好了充分保障。

毕竟,FAA不会阻碍为美国抢占太空领地的美国人。

这是此时此刻,大航天时代我们所处的刻度。

大航天时代的具体指代,是低地球轨道的开发。

低轨的开发,不仅会从技术上重塑火箭及卫星为主的产品,更是从产业格局和空间拓展的角度重新定义人类发展的格局。不夸张的说,太空开发是产生天然降维打击能力的活动。

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卫星互联网的前半程,伴随的是卫星通信行业和航天商业化的发展。

从1962年AT&T公司的全球首颗通信卫星Telstar-1升空开始,卫星通信就成为人类航天商业化发展最重要的一个组成部分,全球的卫星行业、通信行业和资本机构组成了早期卫星互联网的最重要的元素。

这一发展阶段在20世纪90年代的Iridium星座时期达到巅峰,包括中国在内的世界各国均投入资金并参与了全球低轨商业通信卫星星座的建设。

鉴于当时全球的互联网依然处于早期,Iridium们瞄准的依然是语音通话、短消息和数据服务等业务,因此卫星互联网的前半程试图解决的问题,仍然仅仅是地面网延伸的有无问题。

图/Iridium系统星间链路示意图
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图/Iridium系统星间链路示意图

Iridium星座上天后的破产保护,恰恰是全球互联网行业开始崛起的时代,地面3G网络的不断完善、用户手机终端的日新月异和软件信息领域的突飞猛进造就了全球快速进入了一个对无处不在的连接、无时不在的网络和无所不能的应用无比依赖的新时代,高轨HTS卫星、中轨O3b、低轨OneWeb等卫星互联网星座应运而生了。

受益于全球商业航天的快速发展,航天工业化快速提升了卫星互联网星座建设的性价比,使得终端用户能够以相对低廉的成本获取到便捷的服务。

与卫星互联网前半程的巨大区别是,诸如Motorola、Qualcomm等在Iridium时代投入巨资参与建设的电信巨头由于Iridium们的商业化折戟,没有参与卫星互联网的中半程,这就使得卫星互联网的中半程发展与地面网络的发展逐渐脱节。

卫星互联网的后半程,伴随的是全球新型基础设施建设和航天产业化的发展。

星链(Starlink)星座从2019年开始部署,仅用5年时间就完成了超过200次的火箭发射和7000颗以上的卫星入轨。

其通信终端价格降至原先1/10,通信资费价格降至原先1/30,在最新的mini版本终端促销中,Starlink的服务价格也历史性的低于了美国AT&T和T-Mobile的价格,SpaceX的航天产业化思路取得了决定性的胜利。

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同时由于2015年后日益复杂的地缘政治和特朗普第一任政府时期加剧的全球逆全球化发展,也使得卫星互联网成本各国争相建设的新型基础设施。

纵使与美国关系密切的加拿大和欧盟也都各自提出了由本国/地区供应商为主的“主权星座”规划,美国云计算基础设施厂商AWS也提出了Kuiper星座计划并将成为Starlink最有力的挑战者,全球的地面电信运营商和地面通信大厂也纷纷加入了“卫星铁塔”建设的过程中来。

不难看出,卫星互联网的后半程,将是各国新型通信基础设施、新型卫星基础设施和新型全球化基础设施的新战场。

图/截至当前,已开通和即将开通星链服务的国家和地区
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图/截至当前,已开通和即将开通星链服务的国家和地区

人们对于“卫星互联网”的认知在过去的50年间不断变化,其从地面网络的延伸逐步发展为地面网络的补充,而Starlink的出现使得人们意识到卫星互联网已经成为了新型的基础设施,它不仅可以独立存在,而且必须独立发挥更为重要的用途。

如今,卫星互联网已经越来越接近“天上互联网基础设施”的存在。

  • 它是一个通信系统,承载着太空与地面之间、太空与太空之间的信息传递,因此它的带宽速率不断提升、连接效率不断提高、系统延时不断降低,系统越来越庞大。
  • 它是一个平台系统,将承载着太空中所有传感器的接入和处理,因此它的处理能力越来越强、能源消耗越来越大、功能承载越来越多,系统越来越复杂。
  • 它是一个调度系统,将承载着地面系统瘫痪后的独立工作能力。

因此,卫星互联网的网络越来越独立、需求越来越基础、应用越来越广泛,系统越来越智能。

Starlink的发展很明显就是朝着这三个方向在发展,可以预见的是当Starship成熟后,Starlink将迎来新的历史阶段。

卫星互联网作为通信系统的军事用途在俄乌战争期间得到了充分体现,这是卫星互联网第一次公开透明的参与到一场人类的战争中来。

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相比较于早期的卫星互联网产品,由于Starlink的地面部署简易,星间链路完善,带宽资源丰富,其不仅是乌克兰方赖以生存的通信链路,被俄方缴获的Starlink终端也被迅速投入到战场中来。

随着美国军方对卫星互联网认识的加深和航天产业化发展的不断冲击,美国太空发展局(SDA)应运而生。

相比较于原先僵化的军事卫星系统的采购模式和运营体系,基于空间基础设施概念的pLEO星座系统展现出了巨大的优势,其传输层(Transport Layer)不仅承担着地面数据通过卫星网络的传输,而且还能够通过增加导航增强载荷完成军事导航定位的功能。

随着其新代际激光通信星间链路的成熟,传输层还要承担空间骨干网的功能,帮助美国的遥感、电子侦察及各类军事卫星能够无缝接入到“天基互联网”中来。

后续的传输层还要增加计算功能,使得战场管理(Battle Management)能够独立于地面网络形成天基的感知、传输、计算、决策的一体化天基军事系统。

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卫星互联网的发展已经促成了太空行业的新变革,对于传统上的航天大国(包含我方),目前虽然意识到了正在发生的变化,但无论是在基础工业能力的补强,还是在航天产业能力的培养,或是在观念的快速转变上,均已经远远落后于美国的进展。

总结下来,低轨卫星网络系统是:

A.一个通信系统。建立起来全域立体的通信网络,它不是对于通信的简单增强,而是一个新物种,带来全新的通信水平。

B.一个感知系统。基于通信的新水平,建立起来全域(地球全域,从地表到空间的纵深)的感知能力,包括但不限于定位、活动感知,电磁感知,并可基于感知形成判断和预测能力。

C.一个指控系统。通信和感知的能力,带来空前的用以支撑无人化产品开发能力,使得系统构建者具备指数级扩大活动范围的能力。

D.一个平台系统。毋庸赘述,这个巨型基础设施是什么,超出了我们现有的定义和预测能力。

E.一个“X”。一个新物种,一个高纬度基础设施,一个我们尚不清楚应用全景是什么的存在。

更要命的是,上述能力已经初步均得到了验证,星链的系统建设已近8000颗,处于比遥遥领先还遥遥领先的状态。

我们要思考的,是用什么产品,用什么样的认知水平来应对,用什么样的预期来“承受”。

有时候,我们的思考能力受限于表达,无法全部输出。(以下三个思考,除了部分标题,均来自于Kimi AI,如有偏颇,欢迎批判指正)

过去三年,卫星互联网相关的事件,反映了我们的进展。

以下是2022-2024年期间,中国关于低轨卫星互联网(中国星网、上海垣信)在火箭发射、卫星试验、批量发射方面已经执行完成的事件:

  1. 长征十二号火箭首飞成功:2024年11月30日,长征十二号运载火箭在海南商业航天发射场成功首飞,将卫星互联网技术试验卫星、技术试验卫星03星送入预定轨道,发射任务取得圆满成功。
  2. 长征三号乙火箭成功发射通信技术试验卫星十二号:2024年12月20日,长征三号乙运载火箭在西昌卫星发射中心点火升空,随后将通信技术试验卫星十二号精准送入预定轨道,发射任务取得圆满成功
  3. 中国星网低轨01组卫星发射成功:2024年12月16日,我国在文昌航天发射场使用长征五号乙运载火箭/远征二号上面级,成功将卫星互联网低轨01组卫星发射升空,卫星顺利进入预定轨道,发射任务获得圆满成功。这是中国星网的“国网星座”首次批量组网发射,也是第一次使用长征五号B执行卫星互联网发射任务。
  4. 上海垣信“千帆星座”首批组网星发射成功:2024年8月6日,千帆星座首批18颗商业组网卫星搭乘长征六号改火箭发射升空,计划发射共计约1.5万颗卫星。
  5. 上海垣信“千帆星座”第二批组网卫星发射成功:2024年10月15日,千帆星座第二批组网卫星以“一箭18星”方式成功发射,卫星顺利进入预定轨道。
  6. 上海垣信“千帆星座”第三批组网卫星发射成功:2024年12月5日,千帆星座第三批组网卫星以“一箭18星”的方式成功发射,至此,“千帆星座”在轨卫星数量增至54颗。

数据是客观的,实事求是的基础就是从客观开始。

以下是美国和中国在过去三年的区间低轨卫星互联网的相关信息和数据(个别数值可能存在偏差,数值量级没问题)。

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在此时间区间内,美国在低轨开发领域的新主张和法案:

• 主张:美国主张在低轨轨道资源的开发和利用上应遵循“先到先得”的原则,强调其在低轨卫星互联网领域的先发优势和技术优势。

• 法案:2024年,美国国会通过了《低轨道卫星频谱管理法案》,该法案旨在加强美国在低轨道频谱资源的管理和分配,确保美国企业在低轨卫星互联网领域的频谱资源需求得到优先满足。

数据能够得出的研判。

以下是当前中国低轨卫星互联网面临的实际挑战与危机(仍然来自于Kimi AI)。

技术层面

火箭发射能力有待提升:火箭是低轨卫星互联网星座建设的关键,目前中国在火箭发射能力上还存在一些短板。虽然长征系列火箭已具备一定的发射能力,但在发射频率、运载能力等方面与SpaceX的猎鹰九号火箭相比还有差距。

例如,SpaceX的猎鹰九号火箭可以实现高频率的复用发射,而中国火箭的复用技术和频率还有待进一步提升。

卫星制造成本较高:中国低轨卫星的制造成本相对较高,这限制了卫星的批量化生产和星座的快速部署。与美国相比,中国在卫星制造工艺、材料等方面还有一定的差距,导致单颗卫星的制造成本较高,难以满足大规模星座建设的需求。

通信载荷技术有待突破:低轨卫星互联网需要高性能的通信载荷来实现高速、低延迟的数据传输。然而,中国在通信载荷技术上还存在一些不足,如空间电磁环境适应性、低功耗设计等方面的技术瓶颈,这影响了卫星通信的性能和可靠性。

大规模卫星网络运营维护难度大:随着低轨卫星星座规模的扩大,对卫星网络的运营维护提出了更高的要求。中国在卫星的在轨监测、故障诊断、数据处理等方面的技术和经验相对不足,难以高效地管理和维护大规模的卫星网络。

市场层面

商业模式尚未成熟:中国低轨卫星互联网的商业模式还在探索阶段,尚未形成稳定的盈利模式。与美国的Starlink相比,中国在市场推广、用户拓展、服务定价等方面还缺乏有效的策略和经验,难以快速实现商业闭环和盈利。

市场竞争压力大:全球低轨卫星互联网市场竞争激烈,美国的Starlink等项目已经占据了较大的市场份额,并且在技术、资金、市场等方面具有明显的优势。中国的企业在与这些国际巨头竞争时,面临着巨大的压力和挑战。

资源层面

频谱资源紧张:低轨卫星互联网的发展离不开频谱资源的支撑。然而,全球的频谱资源是有限的,而且已经被一些国家和企业提前占据了大部分。中国在国际电信联盟(ITU)中争取更多有利的频谱资源存在一定的困难,这限制了中国低轨卫星互联网的发展空间。

• 轨道资源竞争加剧:随着越来越多的国家和企业进入低轨卫星互联网领域,轨道资源的竞争愈发激烈。美国等国家已经发射了大量低轨卫星,占据了较多的轨道资源。中国在轨道资源的申报和获取上面临着较大的挑战。

政策与法规层面

相关法规尚不完善:中国在卫星互联网领域的相关法规和政策还在不断完善中,一些关键的法规尚未出台。如卫星互联网的频谱管理、运营许可、数据安全等方面的法规还不够明确和具体,这给企业的运营和发展带来了一定的不确定性。

• 国际合作与竞争复杂:在低轨卫星互联网的发展过程中,中国需要与其他国家进行广泛的合作,但同时也面临着激烈的国际竞争。如何在国际合作与竞争中实现共赢,平衡各方的利益和诉求,是中国需要解决的重要问题。

中国低轨卫星互联网的走向和后果?

如果按照目前的能力和趋势演进下去,中国低轨卫星互联网可能会面临以下挑战和后果:

技术层面

• 火箭发射能力难以满足需求:虽然中国在火箭发射技术上不断取得进步,如长征六号X和长征八号R的复用化,但与SpaceX的高频复用发射能力相比仍有差距。这将导致中国低轨卫星的发射节奏和规模受限,难以快速部署大规模的卫星星座,从而在技术迭代和网络覆盖上落后于美国。

• 卫星制造成本居高不下:目前中国低轨卫星的制造成本相对较高,约为200万美元/颗,而Starlink的卫星制造成本约为30万美元/颗。高昂的成本使得中国难以实现卫星的批量化生产和快速迭代,影响卫星互联网项目的经济性和竞争力。

• 通信载荷技术瓶颈难以突破:在通信载荷技术上,中国在空间电磁环境适应性、低功耗设计等方面还存在不足。这将限制卫星通信的性能和可靠性,难以提供与Starlink等项目相媲美的高速、低延迟的互联网服务。

市场层面

• 市场份额被抢占:美国的Starlink等项目凭借先发优势和技术优势,已经在全球市场占据了较大的份额。如果中国低轨卫星互联网不能快速提升技术水平和服务质量,将难以在激烈的市场竞争中占据有利地位,市场份额可能会被进一步压缩。

• 商业模式探索困难:中国低轨卫星互联网的商业模式尚在探索阶段,缺乏成熟的盈利模式。而美国的Starlink已经在商业模式上取得了一定的成功,如通过提供高速互联网接入服务、与政府和企业合作等方式实现盈利。这将使得中国在市场推广、用户拓展和成本回收等方面面临更大的挑战。

资源层面

• 频谱资源获取困难:全球的频谱资源是有限的,而且已经被一些国家和企业提前占据了大部分。中国在国际电信联盟(ITU)中争取更多有利的频谱资源存在一定的困难,这将限制中国低轨卫星互联网的发展空间。

• 轨道资源竞争加剧:随着越来越多的国家和企业进入低轨卫星互联网领域,轨道资源的竞争愈发激烈。美国等国家已经发射了大量低轨卫星,占据了较多的轨道资源。中国在轨道资源的申报和获取上面临着较大的挑战。

政策与法规层面

• 相关法规尚不完善:中国在卫星互联网领域的相关法规和政策还在不断完善中,一些关键的法规尚未出台,如卫星互联网的频谱管理、运营许可、数据安全等方面的法规还不够明确和具体。这给企业的运营和发展带来了一定的不确定性。

• 国际合作与竞争复杂:在低轨卫星互联网的发展过程中,中国需要与其他国家进行广泛的合作,但同时也面临着激烈的国际竞争。如何在国际合作与竞争中实现共赢,平衡各方的利益和诉求,是中国需要解决的重要问题。

中国商业航天发展的阿克琉斯之踵

中国商业航天发展的阿克琉斯之踵

竞方的参照

根据公开资料,SpaceX的猎鹰九号火箭自2010年首次发射以来,经历了多次任务失败和回收失败。

以下是失败的记录,以及每次失败后下一次发射的间隔时长。

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从上述数据可以看出,SpaceX在发射或回收失败后,通常能在数天至数月内恢复发射任务,展现了其快速诊断和解决问题的能力以及FAA高效务实的发射审批标准,突出一个透明、高效以及标准化。

年底,2024中国航天年度数据也备受关注,如果成绩单上增加星座完成度比例、发射运力占比,也许会更加清晰和直观。

图源/宇迹科创
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图源/宇迹科创

意欲奋起直追,奈何我方跛脚

1、一人得病、全村吃药

前两天有作者发文,提问《我国全年发射为何没完成100发计划?》。中国2024年全年的发射目标完成率不到70%,SpaceX发射则比去年提升近40%,并将2025年猎鹰九号火箭的发射计划定至180次。

即使以我国发射频次较高的企业星河动力和中科宇航为例,全年发射目标实现率也无法保证,究其原因:

A. 不仅自己失利要停下长期归零,行业里但凡有别家火箭发射失利,大家都要停下来“自查”。"举一反三“,“双想”,“再好好查查”....仿佛研制单位并不知道要对自己负责;抑或,研制单位没有能力对自己负责。不禁让人想起:

“有一种冷叫你妈说你冷”。

B. 标准不透明,程序不高效,责任界面不清晰,导致一旦出现问题,就面临着全盘否定,“连根拔起”,且不计成本、不计周期。

殊不知,全世界最优秀的运动员,都是在不断的伤病中爬起来才成为冠军,而不会因为怕伤病就不训练了,恰恰是加强训练是避免伤病的最佳方式。SpaceX就是不断从“伤病”中走出来的运动员。

因噎废食的典故都懂,“最大的不安全是不发展”这句话也都听过,所以根本的问题不在于懂不懂,心中都懂。

2、责任为先,务实不见

为什么“一人得病、全村吃药”?根本原因在于毛主席讲的“本位主义”。要把事情先干起来,边干边纠正。

当前的各种慢,慢在决策,慢在担当,慢在认知不够导致谨小慎微,慢在思想阻碍了前进的步伐,慢在鲜有人真的急国家之所急,把中国航天发展的目标当作自己的目标,大我和小我不统一,甚至冲突。

因此,一旦把避免担责放在首位,停下来、再想想、慢慢干,甚至都别干,就是最佳躺平策略。

可怕的是,

没有人承认自己躺平了。

3、铁路警察、各管一段

管理链条分散,缺少制度建设,部门与部门之间不协调,导致“神仙不说话,人间跑断腿”。

美国搞发射,一个FAA就全部搞定,整个过程公开透明、标准更是透明高效。当然,SpaceX还能告FAA,有理说理。所以,SpaceX的成功,有强大的制度保障。

橘生淮南则为橘,生淮北则为枳。

中国的商业航天管理,从规划到执行管理,涵盖了若干部委作为核准单位;若干机关作为审批单位;若干一线部门作为操作监管单位。

为什么今年卫星公司可用以“占频保轨”的卫星(无论何种载荷),都被批量的搁置。为什么某卫星头部企业的低轨互联网星座无法继续推进。反倒是,当行业出现危害到公众安全的重大事故时,没有任何部门能给社会一个交代,给行业一个说法,给肇事者一个实质性惩戒。太多的为什么,都没有答案。

这显然同国家的航天目标是现实是严重相悖的,是不能支持和保障国家空间安全目标的实现的。

我方当前的关键是什么?

我方当前的关键是什么?

卫星互联网作为低轨开发的核心落脚,第一阶段只有一个词是关键的,说的赤裸裸一些,就是“圈地”。

只有一件事是决定性的:即,是不是足够多,是不是足够快,是不是足够强势,是不是放开手脚、解放思想。

然而,有些意识仍在实际上牵绊着中国大航天时代的发展节奏。

没有人认为现在的差距拉大是自己的问题,每个人都在履行程序,保证合规,甚至保障安全。

其实,现在国家甚至民族的角度,最大的不安全就是不发展或者发展不够快,尤其是对于科技。

每一个商业航天领域内的从业者(从业者不应只包含扑在地上干活的工作者,而是所有参与这个行业工作使实际工作的人),都没有抱怨或者狡辩的资格,说“我也没办法”。

请你审视下你做的每个决定,发表的每一个言论,主张的每个观点,到底是多大程度守护住了屁股所在?多大程度上推动了行业发展?

如果没有推动,多少实际是心照不宣的阻碍。

“雪崩之时,没有一片雪花是无辜的。”

在中国航天事业发展的当下,每一个从业者都应该审视一下自己,也审视一下周边,审视一下你身边发生的每件事情的决策人。

当然,尤其是在各个能够做业务决策的岗位上。看看他为中国航天事业的高质量发展做了什么“重大贡献”,又如何凭一己之力为美国星链争取了时间和空间,为中国频轨占保贻误了战机。

2024全球发射统计,截至12.30,图源/SpaceX-Starship
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2024全球发射统计,截至12.30,图源/SpaceX-Starship

从业者的灵魂拷问

此文并无直接的行业价值,因为有太多不可言说,只能停留在“懂的自然懂”。

但是如果可以通过此文,唤起责任心、唤起荣誉感、不忘自己从事航天事业的初心。

让每一个从业者尤其是业务领域的决策者(不管是工程总体部门的决策者,发射流程的决策者,研制单位的决策者)都能够扪心自问下,是关心自己的屁股多一些?还是关心中国航天事业快速发展多一些?是趋利避害多一些?还是使命担当多一些?

哪怕只是开始思考一下这个命题。

那么,你已经开始在助力中国,在大航天时代变得更有优势了!

我们不怕道阻且长,我们不怕攻坚克难。

我们怕的是,握有决策权的人、拿着垄断资源的人,满嘴仁义道德,满肚子一己之利(无论是为了屁股,还是为了自己对认知的迷之自信),眼瞅着自毁长城。

2024年终,向每一位助力中国商业航天事业发展的建设者、推动者、担当者致敬。

莫愁前路无知己,老马用实力倒逼!

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在本文撰写过程中,有幸得到了多方的大力支持和宝贵指导,出于对隐私的尊重和保护,无法一一鸣谢。

期待你的观点或故事,投稿请发至:observer40116@163.com

参考及引用:

SpaceX官网、Kimi AI、百度百科、wiki及网络公开资料;

卫星百科编辑对本文亦有贡献。

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