編者按：本文來自微信公眾號 秦朔朋友圈（ ID：qspyq2015），作者： 賈銘，創(chuàng)業(yè)邦經(jīng)授權(quán)轉(zhuǎn)載。
我的專業(yè)是經(jīng)濟學(xué)，但過去幾個月密集調(diào)研了十幾家科技類企業(yè)，其中有一家民營衛(wèi)星企業(yè)國星宇航引起了我對衛(wèi)星行業(yè)的興趣——這家企業(yè)自己設(shè)計、制造、銷售和運營衛(wèi)星。
經(jīng)了解，我才知道，2015年中國的商業(yè)航天已經(jīng)對民營企業(yè)開放。2019年底，國內(nèi)已注冊商業(yè)航天領(lǐng)域公司194家，其中176家民企，從產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)看，既包括衛(wèi)星制造，也包括衛(wèi)星發(fā)射和運營，已經(jīng)初步誕生了一批包括國星宇航在內(nèi)的具有技術(shù)實力的民營航天企業(yè)。
而講到民營航天，始終繞不開SpaceX。
無論是向“太空發(fā)跑車”、太空旅行、星鏈、還是火星移民，SpaceX和“鋼鐵俠”馬斯克的故事，一直是大眾談資。
那么，何時才有“中國版”SpaceX？
01衛(wèi)星的類型
通?？梢园凑沼猛?、頻段、軌道高度對衛(wèi)星分類。
按用途
按用途通?？梢苑譃椤巴▽?dǎo)遙”，即通信衛(wèi)星、導(dǎo)航衛(wèi)星、遙感衛(wèi)星。
通信衛(wèi)星具有轉(zhuǎn)發(fā)無線電信號的功能，能夠作為中繼站進行無線電波發(fā)射或轉(zhuǎn)發(fā)，從而實現(xiàn)兩個或多個地面站、移動終端或航天器之間的通信。
導(dǎo)航衛(wèi)星連續(xù)發(fā)射無線電信號，用戶接收信號通過時間測距或多普勒測速分別獲得用戶相對于衛(wèi)星的距離或距離變化率等導(dǎo)航參數(shù)，并根據(jù)衛(wèi)星發(fā)送的時間、軌道參數(shù)，求解實時位置坐標，為用戶提供導(dǎo)航定位。
遙感衛(wèi)星通過搭載多光譜成像儀、高光譜成像儀、全色成像儀、短波紅外相機及合成孔徑雷達等有源和無源傳感器，采集地球輻射、圖像數(shù)據(jù)，對地球進行同步觀測。
按頻率
按頻率范圍可以分為L頻段（1～2 GHz）、S頻段（2～4 GHz）、C頻段（4～8 GHz）、X頻段（8～12 GHz）、Ku頻段（12～18 GHz）、Ka頻段（18～30 GHz）、Q頻段（36～46 GHz）、V頻段（46～75GHz）、太赫茲頻段（0.1～10 THz）等。
L、S、C頻段頻率低、增益低、天線尺寸大，但信號覆蓋廣，受天氣影響小、抗干擾能力強、傳輸信道穩(wěn)定。但這3個頻段的資源已經(jīng)基本分配殆盡。
Ku和Ka頻段的頻率高、帶寬大、增益高、天線尺寸小，是衛(wèi)星通信的黃金頻段。但是這兩個頻段的可用資源也基本接近飽和。Q、V等更高頻段開始進入商業(yè)衛(wèi)星通訊領(lǐng)域。
“星鏈”系統(tǒng)占用的頻率主要分布在Ku、Ka兩個黃金頻段上，三期星座使用更高的E頻段。中國星網(wǎng)的“GW”星座計劃，傳輸頻段主要分布在Ka頻段和V頻段。
按高度
按軌道高度，可以把衛(wèi)星分為低軌（LEO）、中軌（MEO）、太陽同步軌道衛(wèi)星（SSO）、地球同步軌道衛(wèi)星（GEO）和傾斜地球軌道衛(wèi)星（IGSO）。
LEO的高度通常在300～2000km，距地表較近，可以實現(xiàn)較低的信號延遲和較高的數(shù)據(jù)傳輸速率，質(zhì)量小、發(fā)射靈活、應(yīng)用場景豐富、制造成本較低，比較適合用作互聯(lián)網(wǎng)通信。
MEO的高度為2000～35786km，相比于LEO ，MEO單顆衛(wèi)星的覆蓋范圍更廣，但信號延遲也相對較高，通常用于衛(wèi)星導(dǎo)航，也用于提供全球覆蓋的衛(wèi)星通信服務(wù)。
SSO一般不超過6000km。
GEO和IGSO的高度約為35786km，與地球自轉(zhuǎn)周期相匹配。由于距離地面更高，所以覆蓋面積更大，3顆就能覆蓋整個地球。但距離遠，通信就更困難。多用于導(dǎo)航、氣象觀測，衛(wèi)星電視和廣播等。地球同步軌道有無數(shù)條，而地球靜止軌道只有一條。
衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)鏈可以粗略地劃分為4個環(huán)節(jié)：制造、發(fā)射、地面設(shè)備、衛(wèi)星運營及服務(wù)。
衛(wèi)星本體可以分為兩個組成部分：平臺和載荷。
平臺包括結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、推進系統(tǒng)、姿態(tài)控制系統(tǒng)、遙感測控系統(tǒng)等等。有效載荷是指用于執(zhí)行衛(wèi)星任務(wù)的設(shè)備或儀器，比如光學(xué)載荷、雷達載荷、通信載荷等等。
從成本構(gòu)成來看，大部分衛(wèi)星的姿態(tài)控制系統(tǒng)和電源系統(tǒng)占比最大，合計占比通常超過60%。當然，如果是定制衛(wèi)星，有效載荷的成本占比則取決于衛(wèi)星的用途。
在火箭發(fā)射環(huán)節(jié)，2015年之前，能造火箭的只有國家隊，現(xiàn)在已經(jīng)有超過10家民營隊入場，不少企業(yè)已經(jīng)實現(xiàn)了首發(fā)，比如銀河航天、星河動力、星際榮耀、藍箭科技、中科宇航等等。
地面設(shè)備主要包括固定地面站、移動式地面站及用戶終端。產(chǎn)業(yè)鏈長，企業(yè)眾多，國家隊和民營隊都有。
02衛(wèi)星發(fā)展簡史
1、衛(wèi)星創(chuàng)世：斯普特尼克1號
1957年10月4日，蘇聯(lián)發(fā)射了世界上第一顆人造衛(wèi)星“斯普特尼克1號”。原本計劃執(zhí)行大氣密度及其離子組成、太陽風(fēng)、磁場和宇宙射線測度等科學(xué)任務(wù)，衛(wèi)星質(zhì)量將達到1000～1400kg，攜帶儀器約200～300kg。
但彼時正值冷戰(zhàn)，為了搶在美國之前完成首發(fā)，在實際發(fā)射時，斯普特尼克1號沒有攜帶任何科學(xué)儀器，質(zhì)量只有83.6kg。但通過研究衛(wèi)星在軌道上的阻力和其發(fā)出的無線電信號，也可以獲取上層大氣密度和電離層的基本數(shù)據(jù)。
斯普特尼克1號的無線電信號持續(xù)了21天，直到1957年10月26日其攜帶的3塊銀鋅電池電量耗盡。1958年1月4日，重返地球并在大氣層中燒毀。
1957年12月6日，美國的先驅(qū)者（Vanguard TV3）衛(wèi)星發(fā)射失敗。1958年1月31日，“探險者1號”（Explorer 1）發(fā)射成功。
“探險者1號”的重量僅有13.97kg，其中超過8.3kg都是各種設(shè)備，利用率極高。除了宇宙射線探測器之外，它還搭載了內(nèi)部和外部溫度檢測儀，以及用來監(jiān)聽微隕石可能撞擊衛(wèi)星表面聲音的微波背景探測器等。在軌道上持續(xù)發(fā)回數(shù)據(jù)長達4個月，直到1958年5月23日才停止工作。此后這顆衛(wèi)星一直在軌道上漂浮了超過10年，直到1970年3月31日才墜落地球大氣層焚毀。
1970年4月24日，中國成功發(fā)射了屬于自己的第一顆人造地球衛(wèi)星——“東方紅1號”。1984年，中國發(fā)射了第一顆有實用價值的通信衛(wèi)星“東方紅2號”。
實際上，蘇聯(lián)和美國發(fā)射前幾顆衛(wèi)星的戰(zhàn)略意義大于實用意義。直到1965年4月6日，美國發(fā)射了最初的半試驗、半實用的地球同步軌道衛(wèi)星（GEO）“晨鳥”（Early Bird），為北美和歐洲提供直接聯(lián)系和近乎瞬時聯(lián)系的通信和廣播服務(wù)，才標志著衛(wèi)星通信正式進入了實用階段。
2、衛(wèi)星1.0：商業(yè)化出師未捷
GEO在通信、電視轉(zhuǎn)播等方面的應(yīng)用已經(jīng)趨于成熟，但其缺點是體積和質(zhì)量大，距離地球遙遠，通信延遲長，頻譜利用率低，終端發(fā)射功率大，不易小型化。
相對地球同步軌道，低軌衛(wèi)星有諸多優(yōu)勢，對用戶而言，通信時延縮短，數(shù)據(jù)傳輸率提高，終端重量、體積、發(fā)射功率與普通陸地移動通信終端接近，還可以與陸地通信系統(tǒng)兼容，真正做到全球無縫接入。
因此，1960年代，在發(fā)展GEO高軌衛(wèi)星的同時，人們就嘗試利用LEO低軌衛(wèi)星進行通信。但是低軌衛(wèi)星通訊面臨三個問題：
第一，由于低軌衛(wèi)星的覆蓋面積相對較小，因此必須由多顆衛(wèi)星組成網(wǎng)絡(luò)才能實現(xiàn)全球覆蓋。
第二，為了保持通信的連續(xù)性，一條通信鏈路需要在多顆衛(wèi)星之間切換。
第三，由于低軌衛(wèi)星相對地面某一點不是固定的，因此地面站必須有復(fù)雜的跟蹤系統(tǒng)。
上述三方面的問題增加了低軌衛(wèi)星通訊系統(tǒng)的復(fù)雜程度。
所以，盡管理論上低軌衛(wèi)星具有低時延，但實際上由于星地、星間通訊的技術(shù)不夠成熟，低軌衛(wèi)星的時延依然較長。比如，最早的低軌衛(wèi)星通信方案“銥星系統(tǒng)”，其時延在10秒以上，且掉話率高達15%。
—— 銥星系統(tǒng)
銥星系統(tǒng)是摩托羅拉公司提出的一種利用低軌道衛(wèi)星群實現(xiàn)全球衛(wèi)星移動通信的方案，發(fā)展定位是“全面替代通信系統(tǒng)”。該方案1990年6月公布，12月向美國聯(lián)邦通信委員會（FCC）申請許可，1992年9月獲批。
銥星系統(tǒng)的原始設(shè)計是由77顆低軌小衛(wèi)星分布在7個軌道面，通過微波鏈路組成衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)。后來為控制投資規(guī)模，衛(wèi)星數(shù)量縮減為66顆，分布在6個軌道面，軌道高度由785km降低到765km。
盡管銥星系統(tǒng)在當時已經(jīng)是非常完整和先進的方案，但受限于技術(shù)水平，依然存在諸多不足。比如技術(shù)方面，數(shù)據(jù)傳輸速率只有2.4kb/s，掉話率高達15%。但第一代地面通信網(wǎng)絡(luò)GSM（1G）系統(tǒng)的傳輸速率為9.6kb/s，第二代GSM（2G）及其改進技術(shù)（2.5G）的最大傳輸速率已經(jīng)達到115.2Kb/s，掉話率低于1%。
更重要的是成本方面，與地面通信網(wǎng)絡(luò)相比，銥星系統(tǒng)建設(shè)成本高，所以存在業(yè)務(wù)收費高、地區(qū)差異大、移動終端價格高等問題。
最終，銥星系統(tǒng)1998年底投入運營，2000年即宣布破產(chǎn)。
—— 其它系統(tǒng)
銥星計劃標志著衛(wèi)星通信商業(yè)化的開始。同時期，軌道通信計劃、天橋系統(tǒng)、全球星系統(tǒng)和泰利迪斯等也紛紛涌現(xiàn)。
1995年，ORBCOMM公司發(fā)起包括35顆衛(wèi)星的“軌道通信計劃”（ORBC）；阿布扎比投資公司、摩托羅拉公司、波音飛機公司發(fā)起了“泰利迪斯”（Teledesic）；阿爾卡特公司、美國勞拉公司和日本東芝公司發(fā)起了“天橋系統(tǒng)”（Skybridge）。
早期，泰利迪斯計劃發(fā)射840顆衛(wèi)星，為全世界提供雙向?qū)拵щ娦欧?wù)，包括計算機網(wǎng)絡(luò)，快速寬帶互聯(lián)網(wǎng)接入，交互式多媒體和高質(zhì)量的語音技術(shù)。小天線能夠提供多達100Mb/s的上行鏈路和720Mb/s的下行鏈路，號稱“空中光纖網(wǎng)”。但受限于成本約束，1997年削減為288顆衛(wèi)星，分布12個軌道面，每面各有24顆衛(wèi)星，另有36顆備份衛(wèi)星。
1991年6月，勞拉公司（LQSS）和高通公司向美國聯(lián)邦通信委員會（FCC）提出的低軌衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)“全球星”（Globalstar），計劃發(fā)射48顆衛(wèi)星。
全球星與銥星在結(jié)構(gòu)設(shè)計和技術(shù)上均不同。
全球星不單獨組網(wǎng)，其作用只是保證全球范圍內(nèi)任意用戶隨時可以通過該系統(tǒng)接入地面公共網(wǎng)聯(lián)合組網(wǎng)。手持終端的價格只相當于蜂窩手機的價格，故其服務(wù)對象更適合為邊遠地區(qū)蜂窩電話用戶、漫游用戶、外國旅行者，以及希望低成本擴充通信的國家和政府通信網(wǎng)和專用網(wǎng)。
除此之外，還有“宇宙鏈路”（Astrolink）、“太空之路”（Spaceway）、“計算機星”（Cyberstar）、“歐洲天空之路”（Euro Sky Way）等靜止軌道衛(wèi)星星座。
3、衛(wèi)星2.0：破產(chǎn)重組掙扎求生
由于技術(shù)限制和市場定位等問題，在性能和成本都不占優(yōu)勢的情況下，銥星、全球星以及泰利迪斯紛紛宣布計劃破產(chǎn)或重組，僅部分業(yè)務(wù)和功能由于軍方需求而得以保留。
銥星破產(chǎn)后，被新的銥星公司以2500萬美金收購，并于2001年3月28日重新提供服務(wù)。新銥星調(diào)整了市場定位和經(jīng)營策略，增加了業(yè)務(wù)種類，降低了移動終端價格，補充發(fā)射了新衛(wèi)星，并與主要的地面電信供應(yīng)商合作，為20多個國家提供緊急救援、機要通信等服務(wù)力。
2007年，新銥星提出銥星二代（Iridium Next）計劃，委托SpaceX為其發(fā)射75顆衛(wèi)星，包括66顆軌道衛(wèi)星，以及9顆備用星，目前已經(jīng)發(fā)射完成。二代保持了與第一代同樣的星座構(gòu)型，同樣由66顆衛(wèi)星組成，系統(tǒng)性能進一步提升，并拓展了一些新業(yè)務(wù)。
全球星也于2010年開始建設(shè)二代系統(tǒng)（Globalstar-2），并在2013年2月6日發(fā)射最后6顆星，完成了由24顆衛(wèi)星組成的低軌移動衛(wèi)星通信星座的部署。
無論是銥星二代還是全球星二代，載荷可擴展的設(shè)計使得其可以基本滿足空間信息應(yīng)用的需求，但其數(shù)據(jù)傳輸能力相對現(xiàn)在的5G甚至6G時代，仍顯不足。
此時，衛(wèi)星通信的發(fā)展定位，由第一階段的“全面替代通信系統(tǒng)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤暗孛嫱ㄐ畔到y(tǒng)的備份和填隙”。
4、衛(wèi)星3.0：衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)卷土重來
銥星系統(tǒng)失敗的根本問題是有效需求不足：在需要銥星發(fā)揮作用的地方（即地面蜂窩系統(tǒng)到達不了的廣大農(nóng)村和邊遠地區(qū)），其用戶負擔不起費用——那兒的用戶買不起衛(wèi)星手機，也承受不了過高的話費。而城市及近郊地區(qū)又被地面蜂窩網(wǎng)絡(luò)占領(lǐng)，其手機和話費很便宜，衛(wèi)星通信又根本無法相比。
所以銥星系統(tǒng)、全球星系統(tǒng)建成初期，面臨與地面移動通信的競爭，在通話費用、終端成本、數(shù)據(jù)傳輸速率等方面都不占優(yōu)勢，難以大規(guī)模普及，只能在緊急救援、海事通信、軍用通信等特殊領(lǐng)域掙扎求生。
現(xiàn)在，隨著運載火箭、材料工藝、衛(wèi)星測控、星間通訊等技術(shù)的創(chuàng)新與進步和高通量衛(wèi)星的發(fā)展，困擾銥星系統(tǒng)的掉線率問題和數(shù)據(jù)傳輸速率問題已經(jīng)逐步得到解決，衛(wèi)星的發(fā)射成本和通信資費逐漸下降，以O(shè)neWeb、SpaceX等為代表的企業(yè)開始主導(dǎo)新型星座建設(shè)，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)逐漸步入寬帶互聯(lián)網(wǎng)時期。
2014年，SPACEX創(chuàng)始人埃隆·馬斯克（Elon Musk）和OneWeb創(chuàng)始人格雷格·懷勒（Greg Wyler）曾經(jīng)共同規(guī)劃過WorldVu星座計劃。但幾個月后，馬斯克決定退出單干。2015年，他基于自己的太空探索技術(shù)公司（SpaceX），正式提出了星鏈（Starlink）項目。
WorldVu星座計劃耗資30億美金打造648顆寬帶低軌小衛(wèi)星和234顆備份星，組成星座通訊系統(tǒng)，為偏遠地區(qū)和互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)落后的地區(qū)提供價格適宜的網(wǎng)絡(luò)連接，并從瀕臨破產(chǎn)的SkyBridge公司獲得了有關(guān)衛(wèi)星頻譜。該計劃也是OneWeb星座的雛形。
不過OneWeb有點低估了制造和發(fā)射衛(wèi)星的難度，成本的大幅度上升為2020年的破產(chǎn)埋下了伏筆。在破產(chǎn)時，OneWeb只發(fā)射了計劃648顆衛(wèi)星中的74顆。與此同時，Starlink在軌的衛(wèi)星數(shù)量超過500顆。
OneWeb后期得益于英國政府、印度巴蒂企業(yè)、休斯網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和軟銀集團的投資，于2021年底從破產(chǎn)中復(fù)蘇。截至2022年12月，OneWeb的在軌運行衛(wèi)星數(shù)量超過450顆。但Starlink已經(jīng)擁有超過2300顆衛(wèi)星。
2023年9月29日，法國衛(wèi)星公司Eutelsat與英國OneWeb宣布合并，以更好地與Starlink競爭。合并之后的公司名為Eutelsat Group，成為歐洲最大的衛(wèi)星公司。
03顛覆者：SpaceX
1、星鏈不斷進化
第一代Starlink計劃將約1.2萬顆通信衛(wèi)星發(fā)射到軌道。第一階段發(fā)射4425顆，第二階段發(fā)射7518顆。上述發(fā)射計劃均已獲得FCC批準。
SpaceX于2018年2月發(fā)射了Microsat試驗星，主要用來驗證系統(tǒng)方案及器件選型，后期又推出了星鏈V0.9、V1.0、V1.5、V2 mini等多種型號的衛(wèi)星，以滿足不同階段、不同功能的需求。
星鏈V1.5增加了星間激光通訊功能，使附近沒有地面站的區(qū)域，比如海洋、極地和偏遠地區(qū)，也能通過衛(wèi)星中繼接入互聯(lián)網(wǎng)。
星鏈V2 mini采用氬電推系統(tǒng)，增加了更多強大的相控陣天線，并為網(wǎng)關(guān)站的回程鏈路增加了E波段，容量為一代的4倍，可為用戶提供高速上網(wǎng)服務(wù)。
目前，SpaceX正在研制V2.0，未來用于衛(wèi)星與地面手機用戶的直連。
此外，整套Starlink系統(tǒng)具有很大的彈性，可以針對特定的地區(qū)，動態(tài)地集中信號到需要的地方，從而提供高質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。
據(jù)不完全統(tǒng)計，截至2023年10月31日，Starlink已經(jīng)發(fā)射5399顆衛(wèi)星（2023年當年即發(fā)射1733顆），分布在1150km、1110km、1130km、1275km和1325km五個軌道高度和83個軌道平面。
第二代Starlink計劃發(fā)射3萬顆，第一階段發(fā)射7500顆，第二階段發(fā)射22500顆。2022年12月，第一階段的發(fā)射計劃已經(jīng)獲得FCC批準，第二階段的發(fā)射計劃暫緩決定，以回應(yīng)“有關(guān)軌道碎片和太空安全的擔憂”。
2、產(chǎn)業(yè)鏈閉環(huán)
之所以說SpaceX是顛覆者，是因為它涵蓋了衛(wèi)星制造、火箭發(fā)射、終端運營全產(chǎn)業(yè)鏈，顛覆了傳統(tǒng)的衛(wèi)星生產(chǎn)方式，極大地降低了衛(wèi)星制造和發(fā)射成本，使得衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)與地面通信系統(tǒng)競爭成為了可能。
首先，衛(wèi)星制造方面，包括星載高通量通信天線、星間激光通信設(shè)備、霍爾推進器、反作用輪、1.5版及之前各版衛(wèi)星的太陽能電池板等，均由“星鏈”部門獨立研發(fā)、自主生產(chǎn)，實現(xiàn)了多領(lǐng)域研發(fā)與生產(chǎn)的垂直整合。SpaceX通過減少零部件、簡化優(yōu)化設(shè)計，部分采用“消費級”元器件，規(guī)模化生產(chǎn)等方式降低了單星成本。
1、傳統(tǒng)衛(wèi)星要考慮電子器件的抗輻照能力，通常采用高成本的專用抗輻照芯片，從而推高了衛(wèi)星成本。但低軌衛(wèi)星所受輻照相對較低，通過系統(tǒng)冗余設(shè)計等方法，采用成本較低的商用器件即可保障可靠性。例如相控陣天線芯片，原來的半導(dǎo)體材料用的是氮化鎵、砷化鎵，單通道成本幾千美金，而一顆衛(wèi)星需要相控陣天線芯片的成本就需要幾千萬，SpaceX用硅基芯片替代，定制了收發(fā)集成度很高的芯片，使用了非常多的新技術(shù)，將成本降到了單通道幾十美金的量級。
2、衛(wèi)星的規(guī)模化生產(chǎn)制造既可以降低單星成本，也可以保障Starlink的建造速度，從而在衛(wèi)星的生命周期內(nèi)實現(xiàn)商業(yè)利益。SpaceX有自己的衛(wèi)星制造流水線，位于西雅圖的雷德蒙德制造廠每月至少生產(chǎn)120顆星鏈衛(wèi)星，另外德州奧斯汀也在建設(shè)新的星鏈制造基地。
3、霍爾推進器節(jié)約發(fā)射成本。傳統(tǒng)衛(wèi)星是使用運載火箭直接把衛(wèi)星送入預(yù)定軌道。但SpaceX的運載火箭只負責(zé)將衛(wèi)星送入440km，衛(wèi)星在440km的軌道上進行檢測后，使用霍爾推進器緩慢推升到550km高的軌道，節(jié)省了火箭推進燃料。而且，以往的霍爾推進器使用氙氣作為燃料，SpaceX為了降低成本先后使用氪和氬為燃料。
其次，運載火箭方面，一代Starlink主要由SpaceX自己的獵鷹9號（Falcon 9）可回收運載火箭發(fā)射。獵鷹9號由9臺莫林（Merlin）發(fā)動機組成，單箭每次可以發(fā)射60顆一代星。未來的二代Starlink將會使用“超重-星艦”和獵鷹9號聯(lián)合完成。SpaceX通過可回收、一箭多星、電推推進等方式，極大地降低了發(fā)射成本。
2016年，獵鷹9號火箭首次實現(xiàn)一子級的回收。2017年，SpaceX又首次實現(xiàn)“二手火箭”的成功發(fā)射。一枚全新的獵鷹9號火箭的成本大約為5000萬美元，復(fù)用成本不到2000萬美元。全新火箭，發(fā)射一次毛利潤在1200萬美元左右，復(fù)用的毛利潤在3000萬美元以上。
未來發(fā)射二代Starlink將使用的“超重-星艦”具有更強的運載能力和更大的容積，單次可發(fā)射110～120顆二代星，相當于發(fā)射一次即可完成一個軌道面部署，且“超重-星艦”的火箭級與飛船級均可回收。
1、“超重”火箭級采用垂直起降技術(shù)進行回收，在火箭垂直返回接近地面時，由發(fā)射塔機械臂接住，利用超重的柵格舵來承受載荷，不再設(shè)置著陸支架。這樣可以省下著陸支架的重量和成本，而且讓火箭能夠立即在發(fā)射臺上重新就位，在不到一小時后再次升空飛行。發(fā)動機作為火箭中價值最高的部分，其造價往往占火箭研制成本的一半以上，通過火箭回收對發(fā)動機進行重復(fù)利用，可大幅降低成本。
2、“星艦”飛船級設(shè)計采用升力式與垂直起降相結(jié)合的復(fù)用方式?！靶桥灐睆能壍婪祷貢r以60°傾斜的姿態(tài)及25馬赫的速度“躺著”進入大氣層，利用2個鼻錐上的鴨翼和2個尾部氣動舵，盡可能最大限度地利用空氣制動，精確引導(dǎo)下降。最終，在接近地面時進行一次大幅機動，借助反作用控制系統(tǒng)（RCS）和“猛禽”（Raptor）發(fā)動機進行姿態(tài)翻轉(zhuǎn)，從水平狀態(tài)調(diào)整到垂直狀態(tài)，再利用垂直起降技術(shù)實現(xiàn)垂直降落，由發(fā)射塔機械臂捕獲和回收。
最后，基礎(chǔ)設(shè)施方面，SpaceX有4座發(fā)射場可用，第5座在建。包括向美國政府租用的佛羅里達州卡納維拉爾角空軍基地40號發(fā)射場、加利福尼亞州范登堡空軍基地4號發(fā)射場、佛羅里達州肯尼迪航天中心39號發(fā)射場，自建的德克薩斯州布朗斯維爾博卡奇卡發(fā)射場。以及第5座在建的佛羅里達州肯尼迪航天中心LC-49號發(fā)射場。
4座發(fā)射場縮短了發(fā)射間隔，保障了星鏈的發(fā)射頻率。2023年11月初， SpaceX發(fā)射了第119批Starlink衛(wèi)星，發(fā)射總數(shù)目達到了5399顆，平均每3.92天完成一次，馬斯克表示預(yù)計2023年剩下的3個月每月發(fā)射10次以上。2024年的發(fā)射頻率將提高至每月12次，全年計劃發(fā)射次數(shù)達到144次。
目前，Starlink宣布已覆蓋全球七大洲、60多個國家和更多市場，連接了超過200萬活躍客戶，預(yù)計在2023年底用戶數(shù)將升至350～400萬。2023年11月，馬斯克宣布，Starlink項目已實現(xiàn)現(xiàn)金流平衡。
04中國版“星鏈”的進程
據(jù)調(diào)查，世界的互聯(lián)網(wǎng)普及率約為64.5%，仍有約28億人口尚未聯(lián)網(wǎng)。分區(qū)域看，歐洲、北美、南美的互聯(lián)網(wǎng)普及率超過了80%，超世界平均水平，但是南亞、非洲的互聯(lián)網(wǎng)普及率不到50%，低于世界平均水平。
傳統(tǒng)地面通信網(wǎng)絡(luò)在海洋、沙漠及山區(qū)偏遠地區(qū)等苛刻環(huán)境下鋪設(shè)難度大且運營成本高，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)是可實現(xiàn)單一組網(wǎng)全球覆蓋的唯一路徑。
由于衛(wèi)星制造和發(fā)射的成本逐漸降低，使得其為世界上仍舊不能夠上網(wǎng)的28億人提供衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)成為可能。
衛(wèi)星通訊需要占用頻段。根據(jù)國際電信聯(lián)盟（ITU）的規(guī)定，衛(wèi)星頻率及軌道使用的規(guī)則是“先到先得”。而300～2000km的低軌道范圍大概能夠容納5.8萬顆衛(wèi)星，2029年預(yù)計將部署約5.7萬顆。軌道和頻譜成為各國加緊布局以期獲得先發(fā)優(yōu)勢的重要戰(zhàn)略資源。
由于頻段資源有限，ITU同時規(guī)定了削減規(guī)則：在提交申請后的7年內(nèi)必須發(fā)射第一顆衛(wèi)星，并在投入使用的監(jiān)管期結(jié)束后2年內(nèi)發(fā)射10%的衛(wèi)星，5年內(nèi)發(fā)射50%，再7年內(nèi)全部部署完成，若未按時達到要求，則被視為放棄相應(yīng)的資源所有權(quán)。
也就是說，從首次申請開始，14年內(nèi)必須全部發(fā)射完畢。
1970年4月24日，我國發(fā)射了“東方紅1號”。1984年4月8日，我國發(fā)射了第一顆有實用價值的通信衛(wèi)星“東方紅2號”。但是，從技術(shù)的角度（轉(zhuǎn)發(fā)器數(shù)量、轉(zhuǎn)發(fā)能力、使用工作壽命等）來看，仍和國外先進水平存在很大的差距。
1997年5月12日，東方紅3號衛(wèi)星在性能和技術(shù)水平方面，達到了國際同類通信衛(wèi)星的先進水平。
2017年，成功發(fā)射了首顆完全自主研發(fā)的高通量衛(wèi)星中星16號，成為繼美歐等少數(shù)發(fā)達國家和地區(qū)后掌握Ka頻段寬帶通信技術(shù)的國家。
2020年，發(fā)射亞太6D衛(wèi)星，2022年發(fā)射中星19號。
2023年2月23日，發(fā)射首顆超百Gb/s容量的高通量衛(wèi)星中星26號，建成首張覆蓋國土全境及“一帶一路”重點地區(qū)的高軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)。
截至2022年底，全球在軌航天器數(shù)量達7218個。美國4731個，歐洲1002個，中國704個，美歐高軌通信衛(wèi)星數(shù)量全球突出，美國低軌通信衛(wèi)星領(lǐng)跑全球，中國大中型遙感衛(wèi)星、導(dǎo)航衛(wèi)星數(shù)量位居世界第一，但中低軌通信衛(wèi)星數(shù)量顯著低于美歐。
2015年，航空航天行業(yè)對民營企業(yè)放開，2020年，發(fā)改委將“衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)”列入“新基建”名單。2021年4月28日，組建新央企中國衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)集團有限公司（星網(wǎng)）負責(zé)統(tǒng)籌規(guī)劃衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，中國“星鏈”事業(yè)進入加速階段。
2022年2月，星網(wǎng)集團的“星網(wǎng)工程”（GW）正式立項，計劃在500km以下的極低軌道6080顆衛(wèi)星（GW-A59子星座），在1145km的近地軌道部署6912顆衛(wèi)星（GW-2子星座），共部署12992顆衛(wèi)星。
從星網(wǎng)向ITU提交檔案的時間來看，預(yù)計會在2027年11月前完成部分衛(wèi)星發(fā)射并驗證通信。
但與SpaceX相比，中國的衛(wèi)星行業(yè)或許存在以下掣肘：
第一，通信衛(wèi)星的進入門檻高。
衛(wèi)星通信屬于資金、技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)，在國內(nèi)依然屬于高度管制的行業(yè)，需要獲得工信部牌照才可以展開商業(yè)經(jīng)營活動。牌照主要包括了電信業(yè)務(wù)資質(zhì)和無線電頻率使用許可。目前衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)以體制內(nèi)公司為主，盡管2015年允許民營資本進入航天產(chǎn)業(yè)，但在具體發(fā)展方向上仍然存在隱性限制。
其一，民營企業(yè)只能制造500公斤以內(nèi)的衛(wèi)星，超過500公斤必須要軍工三證，因為是按武器管理；其二，政策沒有規(guī)定民營企業(yè)不允許做通訊衛(wèi)星，但民企拿不到通信牌照。窄帶牌照要51%國資才可能申請到，寬帶牌照只有星網(wǎng)1家有。
政策限制有逐步放寬的傾向，但細則尚不明晰。
2023年1月17日和10月7日，工信部分別發(fā)布了《關(guān)于電信設(shè)備進網(wǎng)許可制度若干改革舉措的通告》和《關(guān)于創(chuàng)新信息通信行業(yè)管理優(yōu)化營商環(huán)境的意見(征求意見稿)》，擬放開衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備進網(wǎng)許可管理，分步驟、分階段推進衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)準入制度改革，不斷拓寬民營企業(yè)參與電信業(yè)務(wù)經(jīng)營的渠道和范圍，但具體的業(yè)務(wù)領(lǐng)域和進入條件細則尚不清晰。
第二，衛(wèi)星制造成本相對較高。
由于流水線生產(chǎn)、規(guī)模化制造，Starlink的單顆衛(wèi)星成本可以做到100萬美金以下，馬斯克自己曾經(jīng)說，未來可以降到50萬美金。因此，Starlink的單星成本在350～700萬人民幣左右。
但中國過去主要發(fā)射中高軌衛(wèi)星，中高軌衛(wèi)星的發(fā)射成本和性能要求使得我們更追求可靠性，3顆高軌衛(wèi)星即可覆蓋全球，因此也沒有批量化的生產(chǎn)需求。
傳統(tǒng)衛(wèi)星的生產(chǎn)方式更多的是固定站位式生產(chǎn)，幾個工程師完成上千道工序，且元器件、組裝、發(fā)射前需要經(jīng)過大量的測試，由于產(chǎn)業(yè)集聚度不夠，有的衛(wèi)星甚至需要異地測試，所以一顆衛(wèi)星從組裝到發(fā)射，需要8～10個月時間，單顆造價在3000萬人民幣左右，人工費用+制造費用占比約50%上下。
制造成本未來有希望壓降，但依然高于Starlink。
隨著國內(nèi)星座計劃的推進，長三角“G60”科創(chuàng)走廊九城市共同發(fā)布的“G60星鏈”計劃以上海松江為龍頭，建設(shè)長三角首個衛(wèi)星制造的“燈塔工廠”，加快集聚產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)，打造國內(nèi)首個衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)集群。正式投入使用后，產(chǎn)能預(yù)計將達到300顆/年，生產(chǎn)周期縮短80%，單星成本預(yù)計下降35%。
2023年，重慶兩江新區(qū)也以“重慶數(shù)創(chuàng)園”為核心承載體，創(chuàng)建國家級衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心，推進衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
第三，火箭發(fā)射成本相對較高。
SpaceX通過增加火箭運力、一箭多星和火箭回收技術(shù)，大幅度降低火箭發(fā)射成本。獵鷹9的衛(wèi)星發(fā)射成本0.22萬美金/kg，25萬美金/顆，國內(nèi)的火箭發(fā)射6～10萬/kg，大概是SpaceX的4～7倍。
但也有文章分析說，中國“長征”系列火箭執(zhí)行低軌任務(wù)整體發(fā)射服務(wù)價格水平與“獵鷹”9火箭相當，低于其他主流一次性運載火箭。且執(zhí)行高軌任務(wù)發(fā)射服務(wù)價格整體低于國外運載火箭。
無論當前的價格孰高孰低，“星艦”作為SpaceX最新一代的重型運載火箭，其設(shè)計最大運載能力達150噸，相較于獵鷹9（最大運載能力22.8噸）和獵鷹重型火箭（最大運載能力64噸），運載能力實現(xiàn)數(shù)倍提升。
如果“星艦”成功，未來星艦的價格可以降低到10美金/kg，遠低于中國。
所以，如果未來中國想在火箭發(fā)射價格上有競爭力，必須提升單箭運力，并攻克火箭回收技術(shù)。
我們的火箭發(fā)動機性能與獵鷹9號沒有代際差異。單臺梅林發(fā)動機的海平面推力為845千牛。2023年4月成功首飛的天龍二號遙一運載火箭，是全球首次采用煤基航天煤油作為燃料飛行的液體運載火箭，單臺發(fā)動機最大海平面推力為835千牛。
發(fā)動機重復(fù)啟動和精準控制是回收技術(shù)的兩個重要的難點。
航天科技集團長八火箭研制團隊也已經(jīng)在著陸緩沖機構(gòu)、低空低速的返回段制導(dǎo)、自主控制等火箭一級回收技術(shù)領(lǐng)域做了試驗，后續(xù)將在回收關(guān)鍵技術(shù)進一步攻關(guān)。
2023年8月，民營企業(yè)深藍航天的液體運載火箭“星云-1”配套的液氧煤油發(fā)動機“雷霆-R1”，在地面試車臺取得了全飛行時序三次起動整機試車成功，為重復(fù)啟動積累了技術(shù)經(jīng)驗。
2023年11月，民營企業(yè)星際榮耀的“雙曲線二號”驗證火箭，成功進行了200米低空首次垂直起降飛行試驗，實現(xiàn)液體火箭全尺寸一子級的垂直起降與重復(fù)使用飛行試驗。
2024年，深藍將擇機完成“星云-1”運載火箭的首次入軌發(fā)射-回收任務(wù)。
但從技術(shù)突破到成熟的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，仍有非常長的一段路要走。
第四，火箭發(fā)射場地資源不足。
SpaceX有4座發(fā)射場，且第5座也正在建設(shè)中。4座發(fā)射場縮短了發(fā)射間隔，保障了星鏈的發(fā)射頻率，每個月甚至可以發(fā)射10次以上。中國的民用衛(wèi)星要使用軍用發(fā)射場發(fā)射，每次發(fā)射后發(fā)射架的維護時間要14天左右，二者共同拉長了發(fā)射周期。
中國也在加大商業(yè)航天發(fā)射場地資源的建設(shè)，在傳統(tǒng)的軍事/商業(yè)共用發(fā)射場之外，2022年6月，又在海南文昌啟動中國第一個商業(yè)航天發(fā)射場建設(shè)。預(yù)計該發(fā)射場建成投產(chǎn)后，將具備密集發(fā)射能力，進一步提升我國民商運載火箭發(fā)射能力。
05SpaceX難以復(fù)刻
SpaceX的實力有目共睹，但它卻難以復(fù)刻。
首先，馬斯克這樣的創(chuàng)始人難以復(fù)刻。
其一是馬斯克本人的經(jīng)歷、專業(yè)背景、創(chuàng)新精神難以復(fù)刻。其二是馬斯克的物質(zhì)基礎(chǔ)難以復(fù)刻。比如，馬斯克首次創(chuàng)業(yè)PayPal成功，即套現(xiàn)1.65億美金。所以在二次創(chuàng)業(yè)SpaceX和Tesla等企業(yè)時，本身已經(jīng)財富自由，所以不怕失敗。
由于航天是硬科技，一般投資人看不懂，中國的商業(yè)航天剛開放，沒有前車之鑒。所以國內(nèi)的民營航天企業(yè)本身就很難拿到錢，由此特別害怕失敗，失敗一次可以，失敗兩次，可能就活不下去。
其次，歷史機遇和外部環(huán)境難以復(fù)刻。
SpaceX繼承了很多90年代的銥星計劃的技術(shù)遺產(chǎn)，2004年，布什總統(tǒng)暫停美國航天飛機計劃，美國宇航局（NASA）通過資助商業(yè)公司的形式繼續(xù)進行太空活動。NASA在運載火箭研制、發(fā)動機建模、增材制造等很多方面為SpaceX提供了技術(shù)支持，并在2008年生死存亡之際獲得NASA的一筆15億美元訂單，這才度過危機，此后NASA又陸陸續(xù)續(xù)將不少發(fā)射任務(wù)都交給SpaceX。
而SpaceX在美國也很容易招到渴望創(chuàng)新的航天人才，目前已是7000多人的大公司，而國內(nèi)的民營航天企業(yè)最多也就300多人。
在戰(zhàn)略層面，SpaceX的火箭發(fā)射、Starlink計劃，實際上契合了美國的太空戰(zhàn)略——將近地軌道交給商業(yè)航天，核心研發(fā)力量集中在外太空探索。
雖然SpaceX難以復(fù)刻，但近五年，我國逐漸放寬市場準入，在頂層設(shè)計上加強和優(yōu)化協(xié)調(diào)統(tǒng)籌，未來的后勁很足。只要我們能在制造發(fā)射端降本增效，在運營應(yīng)用端充分開發(fā)市場需求，不需要超越和復(fù)刻SpaceX，也可以走出自己的生存繁榮之路。
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