星鏈計劃，馬斯克為什么能做？

齊旭 劉晶

編者按：北京時間5月31日22點30分，SpaceX用自己的獵鷹9火箭成功將二代龍飛船送上了太空。這一舉動，讓埃隆·馬斯克創(chuàng)造了歷史。而此前的特斯拉，已經(jīng)讓他一舉成名。隨之而來的星鏈計劃、腦機對接又讓他站在全球風口浪尖。是什么讓這個技術“狂人”一次又一次突破思維桎梏，敢想又敢干？他的做法給國內(nèi)企業(yè)開拓創(chuàng)新之路帶來哪些啟示？本報將分三期詳細解讀“埃隆·馬斯克式”創(chuàng)新模式，以饗讀者。

5月31日凌晨，SpaceX載人龍飛船的首次載人飛船成功發(fā)射，讓SpaceX再度迎來高光時刻，埃隆-馬斯克的每一舉動皆充斥著極客精神和夢想家的顛覆性色彩。但要說SpaceX公司中最具夢想色彩和顛覆性質(zhì)的規(guī)劃，當屬星鏈計劃。

2019以來，埃隆-馬斯克屢屢站到了聚光燈下，不是因為特斯拉，而是因為他的另一家公司SpaceX。從獵鷹9號火箭成功回收，到獵鷹重載火箭“一箭60星”，“狂八”馬斯克的SpaceX在一個又一個領域充當了“引領者”。

按照馬斯克的規(guī)劃，SpaceX預計將發(fā)射4 2萬顆低軌運行衛(wèi)星，以形成一個龐大的太空互聯(lián)網(wǎng)絡，并向地面提供互聯(lián)網(wǎng)接人服務。值得一提的是，在此之前，全人類經(jīng)過半個多世紀努力，目前在軌運行的衛(wèi)星總數(shù)也才2000顆左右。盡管在提出以來的5年中，星鏈計劃的進度只有1%，但SpaceX似乎一次次向人們證明，這一規(guī)劃并不是馬斯克又一次揮金如土般的冒險，而是很可能改變整個通信業(yè)的一次革命。雖然無法斷言其商業(yè)成功，但星鏈計劃背后的“埃隆-馬斯克式”的產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新卻值得我們思考。

星鏈計劃規(guī)模龐大

馬斯克底氣何在？

2015年1月，馬斯克宣布SpaceX將開始進行一項低軌衛(wèi)星星座工程——星鏈計劃。2018年，獵鷹九號火箭在一次常規(guī)發(fā)射任務中搭載了2顆小衛(wèi)星，展開對地通信測試。2019年5月，SpaceX用獵鷹9號火箭首次一次性發(fā)射了60顆衛(wèi)星。2019年10月，SpaceX又增加申報了3萬顆衛(wèi)星，“星鏈計劃”總規(guī)模將達4.2萬顆衛(wèi)星。

在此之前，全人類經(jīng)過半個多世紀努力，目前在軌運行的衛(wèi)星數(shù)量也才2000顆左右，對比就知道星鏈計劃有多么宏偉和瘋狂。

但是，馬斯克雖瘋狂但不癲狂，正是有了前期深厚的技術儲備并找到了落地的根基，他才有底氣宣布“瘋狂”的計劃。而他的底氣來自于SpaceX自身先進的發(fā)射技術以及其公司背后美國官方的支持。雖然星鏈計劃的商業(yè)模式尚需驗證，但星鏈計劃自身運用的技術和成長環(huán)境值得人們學習和思考。

一是先進的火箭發(fā)射和衛(wèi)星技術。其中，“一箭60星”技術最具突破意義。正弦空間公司創(chuàng)始人、原中國空間技術研究院研究員、原北斗三號衛(wèi)星主任設計師何善寶對《中國電子報》記者說：“‘一箭60星與‘一箭10星在技術上并無本質(zhì)性區(qū)別，只是‘星箭分離的載荷更多，但卻是別國難以突破的技術門檻之一?！薄耙患?0星”正是依托SpaceX自主研發(fā)的獵鷹重載火箭實現(xiàn)的。據(jù)了解，獵鷹重載火箭由三個獵鷹9號引擎核心組成，搭載了27個SpaceX自主開發(fā)的梅林引擎，發(fā)射時27個引擎可共同產(chǎn)生超過500萬磅的推力，相當于大約18架747飛機產(chǎn)生的推力。送60顆單星質(zhì)量為230公斤的衛(wèi)星人軌，僅衛(wèi)星重量就已經(jīng)達到了13 8噸。此前SpaceX公司能夠掌握的最大單個航天器的運載能力是12055噸重的載人版龍飛船。星鏈計劃可以說是在碰觸工程師們目前的工程實踐的極限了。

此外，星鏈計劃衛(wèi)星采用“輕質(zhì)化”設計，有助于將失效后的衛(wèi)星自動推人大氣層燒毀，幫助迭代。高層大氣阻力作用明顯，軌道高度550公里的衛(wèi)星失效后將在5年內(nèi)進入大氣燒毀，340公里的衛(wèi)星則只需數(shù)十天。在此基礎上，衛(wèi)星都提前設計了自毀程序，在壽命末期即自主離軌，并預留機動能力，避免與其他目標相撞。550公里的衛(wèi)星將使用推進器反推主動降低軌道高度，縮短自毀時間。

二是美國官方的支持。在何善寶看來，SpaceX這類民營企業(yè)之所以能在走向太空商業(yè)時代的路上大踏步前進，離不開美國開放的商業(yè)土壤和有關部門的資金支持。美國國家航空航天局（ NASA）對SpaceX的資金支持始于2008年，公司同時承擔著獵鷹9號、龍飛船的研發(fā)，在經(jīng)歷了前三枚火箭發(fā)射失敗后，馬斯克的個人資產(chǎn)幾乎到了山窮水盡的地步。此時，SpaceX迎來了NASA向國際空間站提供12次補給服務的大訂單，合約金額高達16億美元，依靠這筆交易，馬斯克成功度過了財務危機。2019年，NASA又和SpaceX簽訂了5億美元的發(fā)射合約。

一位不愿透露姓名的航空航天專家向記者表示，NASA正是看上了馬斯克的“低成本太空發(fā)射”策略，因為這與其低成本火箭規(guī)劃不謀而合。

2019年10月，SpaceX總裁兼coo格溫·肖特韋爾表示，他們將美國陸軍視為潛在寬帶客戶，雙方簽訂了研發(fā)協(xié)議。“事實上，美國軍方對SpaceX的支持是各取所需。有著國家有關部門的支持，相信SpaceX在資金方面起碼不會有太多的擔憂，畢竟從國家戰(zhàn)略層面出發(fā)做出的研發(fā)往往是不計成本的?！痹摵娇蘸教鞂＜蚁蛴浾弑硎?，“除了成本更低、拉動經(jīng)濟發(fā)展這些‘臺面上的理由，為未來太空競爭做好準備才是更深層次的理由。民營航天規(guī)模越大、技術越先進，美國進入太空、開展太空行動的手段就會越多、能力就會越強。因此，民營航天絕不只是民營‘那點事兒。”

不怕重蹈覆轍

馬斯克為何能做？

馬斯克在2016年“TED演講”中談到，“第一性原則”是他創(chuàng)業(yè)至今的“人生信條”，第一性原則即可以將事情歸結為基本事實，然后從中推理，成為第一個吃螃蟹的人，而不是進行類比推理。馬斯克堅信，新能源、太空和互聯(lián)網(wǎng)能徹底改變?nèi)祟愂澜纾疫@些領域都能通過“第一原則”理論走下去。

與特斯拉和腦機接口計劃不同的是，SpaceX的星鏈計劃并不是低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)星座計劃的“第一八”，低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)是一個有著30年發(fā)展歷程且有前車之鑒的產(chǎn)業(yè)，而馬斯克是要做低軌衛(wèi)星星座計劃成功的第一人。

1987年，摩托羅拉創(chuàng)始人成立的銥星公司倒閉和2020年一網(wǎng)公司的破產(chǎn)如出一轍，二者由于高昂的運營成本，皆沒能逃過失敗的厄運。面對此前屢屢失敗的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)計劃和商業(yè)模式的不確定性，馬斯克為何撿起來去做？他究竟看到了什么？

馬斯克認為只要他能控制好發(fā)射和回收成本，便能避免重蹈覆轍。的確，耍研制和發(fā)射如此多的衛(wèi)星，成本控制變得尤其重要，這也是馬斯克甩開其他競爭對手的最大優(yōu)勢。賽迪智庫無線電管理研究所副研究員周鈺哲向《中國電子報》記者表示，SpaceX集衛(wèi)星、火箭、地面站制造、火箭發(fā)射和回收技術，以及衛(wèi)星運營和服務于一身，掌握了其整條產(chǎn)業(yè)鏈的話語權，有效避免了龐大的供應鏈、傳統(tǒng)的設計、疊加的外包訂單廠商等高成本環(huán)節(jié)。

中國信息通信科技集團副總經(jīng)理、專家委員會主任，無線移動通信國家重點實驗室主任陳山枝指出，星鏈計劃成本控制的核心是利用獵鷹9號可回收火箭。據(jù)SpaceX官網(wǎng)描述，獵鷹9號是可重復使用的二級火箭，可再使用性使得SpaceX能夠重新組裝火箭最昂貴的部分，從而降低進入太空的成本。何善寶也指出，SpaceX具有低成本模塊化設計和批量生產(chǎn)衛(wèi)星的能力，這將大幅降低衛(wèi)星制造成本。

此外，成本控制同樣被用在了衛(wèi)星設計當中，航空航天領域?qū)＜?、小火箭?chuàng)始人邢強曾指出，運載的60顆衛(wèi)星在很低的軌道高度就和火箭分離，隨后完全依靠自身的電推進發(fā)動機來完成最終的人軌。在電推進發(fā)動機上，SpaceX用氪替代了氙離子霍爾推力器，雖然從效率上不如氙，但前者的成本僅是后者的1/18.

控制好成本后，馬斯克看到了不斷增長的市場需求及其商業(yè)價值?！熬C觀銥星公司和一網(wǎng)公司的破產(chǎn)經(jīng)歷，不難發(fā)現(xiàn)，需求和用戶群太小是導致破產(chǎn)的關鍵因素?！焙紊茖氄f。而星鏈計劃的布局恰逢其時。

“隨著以智能手機為代表的移動終端已經(jīng)成為人類生活的必需品，無論是發(fā)展中國家還是發(fā)達國家，在地面通信設施未覆蓋區(qū)域衛(wèi)星寬帶互聯(lián)市場增長迅速，這為衛(wèi)星寬帶互聯(lián)業(yè)務創(chuàng)造了廣闊的增長空間?！敝袊教煜到y(tǒng)科學與工程研究院戰(zhàn)略規(guī)劃研究部咨詢師劉潔對《中國電子報》記者說。

根據(jù)世界銀行發(fā)布的數(shù)據(jù)，地球上仍有超過70%的地理空間，涉及30億人口未能實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)覆蓋。而傳統(tǒng)地面通信骨干網(wǎng)在海洋、沙漠及山區(qū)等苛刻環(huán)境下鋪設難度大且運營成本高。數(shù)據(jù)顯示，一條跨太平洋的海底光纜的建設成本超過300億美元，而SpaceX目前發(fā)射單顆衛(wèi)星的平均成本在150萬-200萬美元之間，星鏈項目的總成本可控制在100億美元左右。

何善寶表示，按用戶類型劃分，低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)除了能服務行業(yè)用戶和個人用戶，還包括軍事用戶、政府用戶等更為廣泛、專業(yè)需求性更強的群體?！拔磥?，馬斯克極有可能將衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)應用于特斯拉汽車中，進一步產(chǎn)生自己的產(chǎn)業(yè)鏈閉環(huán)?！焙紊茖氄f。

馬斯克還看到了頻譜資源有限且“先占先得”的低地軌道。由于傳輸時延小、鏈路損耗低、發(fā)射靈活等優(yōu)勢，低地軌道是發(fā)展衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務最適合的軌道空間。根據(jù)賽迪顧問發(fā)布的《“新基建”之中國衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究白皮書》，近地軌道可容納總共約6萬顆衛(wèi)星，而國際電聯(lián)（ITU）規(guī)則規(guī)定，軌道星座系統(tǒng)衛(wèi)星的頻率使用遵循“先占先得”的原則，衛(wèi)星互聯(lián)資料申報得早就會優(yōu)先受到保護?？梢哉f衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)不僅有著重要的民用價值，還攸關國家安全的外層空間的主動權。在對軌運行衛(wèi)星數(shù)量限制較大、頻譜資源非常有限的低地軌道空間中，馬斯克先申報了12萬顆，后又強勢追加到了4.2萬顆，欲占足先機。

不全是掌聲

星鏈計劃還有多重挑戰(zhàn)

盡管馬斯克的構想和與美國有關部門的合作正在順利進行，但也引來了業(yè)內(nèi)專家對于太空環(huán)境、衛(wèi)星日常運維以及商業(yè)模式的種種責問。

對于干擾太空觀測環(huán)境的擔憂。智利的一臺大型綜合巡天望遠鏡拍攝到的圖像大多被衛(wèi)星所“污染”和干擾。數(shù)據(jù)顯示，3的拍攝圖像中將至少包含一條衛(wèi)星軌跡。國際天文學聯(lián)合會在2019年6月發(fā)表的一份聲明中表達了擔憂：“衛(wèi)星星座可以構成對現(xiàn)有和未來天文設施的重大衰弱和干擾，我們將敦促低軌衛(wèi)星星座的決策者和設計人員共同解決這一問題。”

對于衛(wèi)星運維問題，最突出也最不可控的問題就是因衛(wèi)星失聯(lián)而造成的太空垃圾和一系列意外。在SpaceX最初發(fā)射的60顆衛(wèi)星通信中，有三顆失聯(lián);還有兩顆衛(wèi)星，SpaceX稱他們只是想測試脫離軌道的過程，故意啟動了它們的機載推進器，目的是將它們撞向地球大氣層。但賽迪顧問物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)研究中心高級分析師劉暾向《中國電子報》記者表示了擔憂：SpaceX無法保證衛(wèi)星失聯(lián)的概率，這也就不能支持SpaceX對清潔太空環(huán)境的承諾，未來若有上萬顆星打上去時，失聯(lián)的數(shù)量將疊加，屆時將不可避免地造成嚴重的太空污染和意外撞擊發(fā)生。周鈺哲也表示，關鍵的是失聯(lián)衛(wèi)星對其他衛(wèi)星和地面所帶來的風險，SpaceX必須精確監(jiān)控其衛(wèi)星的運行狀態(tài)，并能及時進行微調(diào)動作和規(guī)避動作。

對于商業(yè)模式能否盈利的問題，中國科學院國家空間科學中心空間頻譜感知技術研究室副主任閏毅在接受《中國電子報》采訪時表示，馬斯克的初衷是夢想和金錢的交融，提出星鏈計劃的底氣，是他在資本市場的號召力以及在美國最高水平航天科學領域的感召力，當然也是夢想加金錢的刺激。但這一刺激和商業(yè)模式能否成功關系不大，并且難以預料，就好像特斯拉的商業(yè)成功也尚需驗證，因此更像一個瘋狂的“頭腦風暴”。

衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)

中國該如何布局？

SpaCeX星鏈計劃正在積極推進中，我們可以從中借鑒到什么？

首先，要抓緊申報以占領空間和頻譜資源先機。當前，美國低軌通信衛(wèi)星布局先拔頭籌，SpaceX、一網(wǎng)、Telesat和Amazon三家衛(wèi)星龍頭企業(yè)已提出明確部署計劃，03b、波音和三星公司的互聯(lián)網(wǎng)星座計劃也在積極推進中。2029年，上述四家美國企業(yè)各自的低軌衛(wèi)星項目將合計完成4.61萬顆衛(wèi)星的發(fā)射工作。中國低軌通信衛(wèi)星發(fā)展布局呈現(xiàn)快速追趕態(tài)勢，并已取得階段性成果，但出于國家戰(zhàn)略的考慮，中國衛(wèi)星應用的規(guī)劃速率依然亟須加強，不能簡單看國內(nèi)有沒有商業(yè)市場需求。何善寶認為，盡管中國在低軌衛(wèi)星領域自2015年開始布局，事實上比馬斯克的星鏈計劃還要早，但還要引起更高的重視并盡快布局，否則將與經(jīng)濟發(fā)展嚴重脫節(jié)。

其次，要補齊技術短板以在國際競爭中獲勝。中國信息經(jīng)濟學會副理事長、北京郵電大學經(jīng)濟管理學院教授呂廷杰指出，星鏈計劃對中國的啟示作用，更大意義在于揭示了一個經(jīng)濟問題。SpaceX因為其掌握了衛(wèi)星回收復用和“一箭多星”技術，所以釋放通信衛(wèi)星的成本大幅度降低。

“中國當前仍處于產(chǎn)業(yè)成長期，盡管中國是國際上少數(shù)能夠獨立設計、研制大容量通信衛(wèi)星的國家之一，但在批量、集中生產(chǎn)衛(wèi)星等方面還需增強來降低衛(wèi)星運維成本，否則即使出于戰(zhàn)略布局發(fā)展低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)，也難以在國際衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的商業(yè)競爭中獲勝。”何善寶說。

最后，要找到最適合中國長期發(fā)展的商業(yè)模式?！皩τ谒麌冗M方案，我們要學習但不可盲目跟隨?！敝袊ㄐ艔V播衛(wèi)星公司原總工程師閔士權在接受《中國電子報》記者采訪時表示，“對于中國的低軌星座產(chǎn)業(yè)，要先是從無到有，少到多;后是從多到少，少而精。具體來說，就是先開放政策，鼓勵民營企業(yè)進入市場，并支持多家企業(yè)提出建設方案，構建各自試驗網(wǎng)，由國家有關部門組織人員對多家試驗網(wǎng)進行測評。然后，集中各家的長處，形成幾個先進可行有競爭力建設方案，共建共享?！?/p>

對于需求市場，“中國要保證軍事用戶、政府用戶的網(wǎng)絡服務質(zhì)量，但真正的市場在行業(yè)用戶，涉及到跨國跨地區(qū)的行業(yè)，比如金融、石油、電力、航空、航海、電信、媒體和互聯(lián)網(wǎng)公司等?！焙紊茖氄f。