太空金礦、衛(wèi)星狂熱與星鏈：21世紀(jì)星球大戰(zhàn)

作者：沈丹陽，編輯：陳彬

2021年9月，ITU（國際電信聯(lián)盟）收到了一份令人哭笑不得的申請(qǐng)：

國土面積略大于浙江舟山的非洲小國盧旺達(dá)，宣布將建設(shè)兩個(gè)大型衛(wèi)星星座，包含足足32.7萬顆衛(wèi)星。

ITU是聯(lián)合國旗下的專業(yè)機(jī)構(gòu)，負(fù)責(zé)分配、管理衛(wèi)星以及無線電資源。近些年，全球范圍內(nèi)的衛(wèi)星狂熱，令I(lǐng)TU越來越手足無措。

要知道，從1957年世界第一顆衛(wèi)星上天，到2022年11月這66年間，整個(gè)人類社會(huì)只發(fā)射過14450顆衛(wèi)星[3]。

然而，僅2017-2022年，ITU就收到了上百萬顆衛(wèi)星發(fā)射申請(qǐng)。不僅是盧旺達(dá)，各個(gè)大國與航天企業(yè)，都在大搞“軍備競(jìng)賽”：

年底，加拿大高調(diào)宣布未來要再射10萬顆衛(wèi)星；法國公司E-Space不甘示弱，一口氣注冊(cè)了11.6萬顆；而在今年5月，上海藍(lán)箭鴻擎科技也向ITU遞交了1萬顆衛(wèi)星的建設(shè)計(jì)劃——這已經(jīng)是中國第3個(gè)萬顆衛(wèi)星建設(shè)計(jì)劃了。

2023年ITU發(fā)布的《Handbook on Small Satellites（小衛(wèi)星手冊(cè)）》中提到，已有超90個(gè)國家和地區(qū)，擁有衛(wèi)星發(fā)射計(jì)劃。

各個(gè)國家之所以如此激進(jìn)，罪魁禍?zhǔn)走€是那個(gè)男人——埃隆·馬斯克。

當(dāng)大家還在忙著搞規(guī)劃時(shí)，馬斯克的SpaceX已經(jīng)往地球軌道發(fā)射了約6100顆星鏈（Starlink）衛(wèi)星。這些衛(wèi)星組成了一個(gè)龐大的“通信網(wǎng)絡(luò)”，可以向地球各個(gè)角落提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

如今，與世隔絕的巴西原始部落，已經(jīng)通過星鏈看上了黃色網(wǎng)站；而在炮火紛飛的俄烏戰(zhàn)場(chǎng)，星鏈更成為了唯一的戰(zhàn)場(chǎng)通信手段，被前線士兵稱為“戰(zhàn)爭(zhēng)的上帝”。
圍繞“外太空的上帝”，一場(chǎng)21世紀(jì)星球大戰(zhàn)，正悄悄拉開帷幕。

低軌道的“上帝”

星鏈的誕生，可以說與“上帝”八竿子打不著。

眾所周知，馬斯克創(chuàng)辦SpaceX，是為了有朝一日移民火星。夢(mèng)想很偉大，但現(xiàn)實(shí)卻相當(dāng)骨感：創(chuàng)辦初期，SpaceX曾多次在破產(chǎn)邊緣徘徊，生存都是問題。

最艱難的2008年，馬斯克一度發(fā)不出工資，最后找谷歌創(chuàng)始人謝爾蓋·布林借了50萬美金[4]。“窮怕了”的馬斯克，一直在想方設(shè)法籌集火星移民資金。

2014年末，他突然意識(shí)到太空有一座金礦。

由于經(jīng)濟(jì)落后、自然環(huán)境等因素，許多地區(qū)其實(shí)并沒有基站。目前，仍有約80%的陸地地區(qū)，以及95%的海洋地區(qū)，沒有被地面網(wǎng)絡(luò)所覆蓋，例如巴西原始部落。馬斯克認(rèn)為，利用通信衛(wèi)星提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，可以彌補(bǔ)這個(gè)巨大的市場(chǎng)缺口。

“通信產(chǎn)業(yè)每年大約賺1萬億美元，如果我們能有3%的市場(chǎng)占有率，那就是300億美元，這比NASA的預(yù)算還要多?！彼趦?nèi)部說道[5]。

在航天領(lǐng)域，衛(wèi)星通信并不是一個(gè)新詞。

太空中共有三條適合衛(wèi)星運(yùn)行的軌道，分別是低軌道（LEO）、中軌道（MEO），以及地球同步軌道（GEO）。

此前，各大航天機(jī)構(gòu)放的衛(wèi)星，多集中于地球同步軌道。

地球同步軌道的優(yōu)點(diǎn)，在于軌道高度最高，單顆衛(wèi)星的覆蓋面積大。只需1顆即可覆蓋本土，3顆覆蓋全球，建設(shè)成本較低。缺點(diǎn)在于，離地球?qū)嵲谔h(yuǎn)了，通信質(zhì)量并不高，時(shí)延較大。

例如我國的天通一號(hào)，正是由3顆同步軌道衛(wèi)星組成的通信系統(tǒng)。國內(nèi)手機(jī)廠商力推的“衛(wèi)星通話”功能，大多都是基于天通一號(hào)實(shí)現(xiàn)的。

但馬斯克所押注的，是低軌道。

由于離地球最近，低軌道衛(wèi)星可以實(shí)現(xiàn)類似5G的高速網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。然而，由于軌道高度低，單個(gè)衛(wèi)星覆蓋范圍窄；為了確保覆蓋率，需要打造一個(gè)龐大的衛(wèi)星集群，建設(shè)成本、難度極高。

在馬斯克的構(gòu)想中，星鏈最終的目標(biāo)，是建立起一個(gè)由42000顆衛(wèi)星構(gòu)成的超級(jí)集群。

當(dāng)時(shí)，馬斯克的星鏈構(gòu)想，其實(shí)是個(gè)相當(dāng)瘋狂的想法。因?yàn)?，他并不是第一個(gè)對(duì)低軌道衛(wèi)星動(dòng)心思的人；然而，過去所有的嘗試，幾乎全部以慘敗告終。

蓋茨向左，馬斯克向右

上世紀(jì)90年代，摩托羅拉啟動(dòng)了一個(gè)野心勃勃的計(jì)劃：往低軌道發(fā)射77顆衛(wèi)星，組建一個(gè)覆蓋全地球的網(wǎng)絡(luò)。摩托羅拉將這個(gè)項(xiàng)目命名為銥星（Iridium），因?yàn)榻饘僭劂灥脑有驍?shù)剛好為77。

摩托羅拉的梭哈，很快引起了硅谷的跟風(fēng)。

比爾·蓋茨聽聞后，興奮地拉上“蜂窩電話之父”麥克維與沙特王子，成立了Teledesic；而高通則和一家國防承包商搭伙，成立了Globalstar；當(dāng)時(shí)，還有一家火箭初創(chuàng)公司軌道科學(xué)，也組建了名為Orbcomm的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)公司。

然而，上述四家公司，卻在本世紀(jì)初集體宣告破產(chǎn)，一度產(chǎn)業(yè)界讓“談衛(wèi)星色變”。蓋茨的Teledesic最終關(guān)門大吉，其余三家則賣身給不同的機(jī)構(gòu)。

明星公司“四連爆”的一個(gè)根本原因，是難以低成本量產(chǎn)衛(wèi)星。

眾所周知，傳統(tǒng)航天基本由國營機(jī)構(gòu)掌控，沒有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)壓力，基本上怎么高端怎么來。衛(wèi)星也不例外：制造基本多在實(shí)驗(yàn)室而非工廠完成，昂貴且流程復(fù)雜。

上世紀(jì)末，老牌航空航天制造商洛克希德·馬丁，為銥星項(xiàng)目打造了125顆LM700衛(wèi)星。這批衛(wèi)星總共耗費(fèi)了約7億美金[6]，平均算下來，每顆衛(wèi)星的造價(jià)高達(dá)560萬美金。

銥星在正式投入使用后，只收獲了約2萬個(gè)用戶[7]，根本攤不平前期支出，光速破產(chǎn)。

然而，馬斯克卻找到了破局的關(guān)鍵。如今，星鏈已是SpaceX的現(xiàn)金牛業(yè)務(wù)。

2023年11月，馬斯克宣布星鏈已經(jīng)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)金流收支平衡。根據(jù)摩根士丹利的測(cè)算，2024年星鏈將帶來3.47億美金的收入，并且持續(xù)保持高速增長(zhǎng)；預(yù)計(jì)到2040年，星鏈的營收將達(dá)到420億美金，占SpaceX收入的82%[8]。

同樣是“建造上帝”，馬斯克與銥星的結(jié)局，為何大相徑庭？

復(fù)刻火箭的成功

事實(shí)上，星鏈項(xiàng)目也曾走過一段彎路。

2018年，馬斯克算了筆帳，意識(shí)到一個(gè)大問題：自家的衛(wèi)星還是太貴了。只有將星鏈的成本降到1/10、同時(shí)將生產(chǎn)速度提升10倍，這個(gè)項(xiàng)目才可能實(shí)現(xiàn)盈利。很顯然，星鏈也沒能擺脫瓶頸。

于是，一個(gè)夏日周六的夜晚，馬斯克沒有任何預(yù)警地飛到星鏈項(xiàng)目所在的西雅圖，解雇了全體高層。接替這項(xiàng)工作的，是以馬克·容科薩為首的8名資深火箭工程師。

實(shí)際上，衛(wèi)星生產(chǎn)制造的模式，其實(shí)與火箭十分相似，都分成了設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、測(cè)試、總裝四個(gè)大環(huán)節(jié)。過去，SpaceX已經(jīng)成功摸索出一套改造傳統(tǒng)火箭的方法論；如今，馬斯克準(zhǔn)備在星鏈上復(fù)制火箭的成功。

這套火箭制造法的核心理念，是用產(chǎn)業(yè)的思維造航天器件。具體來說，大致可以概括成以下兩點(diǎn)：

一是垂直整合。在汽車產(chǎn)業(yè)中，垂直整合、自己生產(chǎn)零部件，是個(gè)常見的降本手段。馬斯克在造火箭與星鏈衛(wèi)星時(shí)，也都自己生產(chǎn)零部件。

二是質(zhì)疑一切傳統(tǒng)，快速迭代。在馬斯克看來，沒有逼近物理極限的設(shè)計(jì)，都是有問題的。

例如在傳統(tǒng)衛(wèi)星設(shè)計(jì)中，天線與飛行計(jì)算機(jī)之間是彼此分離的。因?yàn)楹教旃こ處熌J(rèn)，兩者之間需要進(jìn)行熱隔離。然而，容科薩接管團(tuán)隊(duì)后，便追著航天工程師問，為什么要熱隔離，并逼著對(duì)方給出溫度測(cè)試數(shù)據(jù)。

這么追問了五次之后，星鏈的航天工程師被煩到受不了了，立即取消了熱隔離，做成了將天線與飛行計(jì)算機(jī)做了一個(gè)集成部件。測(cè)試后發(fā)現(xiàn)，這么設(shè)計(jì)一點(diǎn)影響都沒有。

大刀闊斧的改革下，初代V1星鏈衛(wèi)星誕生了，其成本約為20萬美金/顆，只有LM700衛(wèi)星的1/28。后來推出的V2衛(wèi)星，重量從260公斤增加到730公斤，并且支持手機(jī)直連，但單顆成本仍舊只有約80萬美金[9]。

與此同時(shí)，SpaceX遙遙領(lǐng)先的火箭回收技術(shù)，又將衛(wèi)星發(fā)射的成本降低了70%[10]。兩相結(jié)合下，星鏈的商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力一騎絕塵。

2019年5月，第一批星鏈衛(wèi)星進(jìn)入軌道。四個(gè)月后，馬斯克使用星鏈發(fā)布了一條推特。彼時(shí)，外界并沒有意識(shí)到，隨著星鏈計(jì)劃大獲成功，一場(chǎng)全新的21世紀(jì)太空競(jìng)賽，即將爆發(fā)。

太空圈地運(yùn)動(dòng)

6月14日，一架搭載了22顆星鏈衛(wèi)星的獵鷹9號(hào)火箭，從美國佛羅里達(dá)州緩緩升空。按照慣例，SpaceX的社交媒體直播了這次火箭發(fā)射。不同于自帶流量的星艦，獵鷹9號(hào)的發(fā)射并沒引起太多討論。

在2024年的前6個(gè)月，獵鷹9號(hào)已經(jīng)發(fā)射了足足60次，平均每2.7天直播一次，比許多帶貨主播還勤快。

值得注意的是，關(guān)于星鏈的發(fā)射任務(wù)，有足足43次——馬斯克正在加快星鏈建設(shè)的速度。理由很簡(jiǎn)單：太空資源并不是無限的。

首先，低軌道所能容納的衛(wèi)星數(shù)量，是有限的。

馬斯克曾在接受《金融時(shí)報(bào)》采訪時(shí)，認(rèn)為低軌道可以容納數(shù)百億顆衛(wèi)星[11]。

然而，業(yè)界普遍不同意這番說法。哈佛天文學(xué)家喬納森·麥克道爾提到，隨著軌道越來越擁擠，衛(wèi)星運(yùn)行將堪比在沒有紅綠燈的暴風(fēng)雨天氣飆車，相撞風(fēng)險(xiǎn)會(huì)急劇上升。

2021年時(shí)，星鏈衛(wèi)星就曾數(shù)次險(xiǎn)些與我國空間站相撞。

“我非常懷疑，當(dāng)衛(wèi)星數(shù)量達(dá)到10萬顆以上時(shí)，還是否能夠安全運(yùn)行[12]”，麥克道爾說道。

其次，衛(wèi)星通信所需要的頻段資源，也是有限的。

簡(jiǎn)單來說，從太空往地球傳輸信息，主要是依靠電磁波譜。根據(jù)頻率從低到高，電磁波譜可以劃分成多個(gè)不同特性的頻段。低軌道衛(wèi)星高度主要集中在500-1500km之間，頻段匯聚在Ka、Ku和V/Q波段等等。

單個(gè)頻段所能容納的通信衛(wèi)星，實(shí)際是有限的；一旦過載，很可能會(huì)出現(xiàn)信號(hào)干擾、通信質(zhì)量下降等問題。

目前，主流的Ku波段已接近飽和，圍繞Ka波段的競(jìng)爭(zhēng)也日漸白熱化。隨著這幾個(gè)頻譜資源的飽和，適宜開展衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的波段將進(jìn)一步減少。

當(dāng)下，上述兩大關(guān)鍵資源，統(tǒng)一由國際電信聯(lián)盟（ITU）進(jìn)行管理；而它所定義的規(guī)則，相當(dāng)簡(jiǎn)單粗暴：先到先得。圍繞低軌道的比拼，本質(zhì)是一場(chǎng)與時(shí)間賽跑的太空圈地運(yùn)動(dòng)。

對(duì)于后來者而言，這注定是場(chǎng)極其艱難的比賽——當(dāng)大家都還在熱身的時(shí)候，馬斯克已經(jīng)跑了一半了。

尾聲

2022年，比爾·蓋茨專程拜訪了特斯拉得州超級(jí)工廠。由于兩人都當(dāng)過世界首富，又都造過衛(wèi)星，蓋茨深感惺惺相惜。然而，這趟拜訪之旅并不愉快。自從知道蓋茨曾做空特斯拉股票之后，馬斯克就表現(xiàn)得異?？瘫?。

他甚至在推特上發(fā)了一張蓋茨的丑照，陰陽他該減肥了。

很顯然，馬斯克并不是一個(gè)好相處的人；很多時(shí)候，他甚至算不上是一個(gè)道德感充沛的人。

他的各種商業(yè)騷操作，大眾早已見怪不怪；至于私德，更是一言難盡。星艦第四次試射之后，《華爾街日?qǐng)?bào)》就爆出，馬斯克曾與SpaceX的實(shí)習(xí)生、員工發(fā)生過不正當(dāng)關(guān)系，并多次要求對(duì)方給他生孩子。

然而，他對(duì)科技進(jìn)步的推動(dòng)，同樣難以忽視。

除了眾所周知的星鏈、火箭、電動(dòng)車，馬斯克還參與了DeepMind的早期投資，并創(chuàng)辦了OpenAI。如今備受關(guān)注的通用機(jī)器人，同樣是馬斯克提出來的。

即便被馬斯克陰陽，蓋茨仍舊公開表示，“關(guān)于埃隆的做法，你怎么看都行。但在我們這個(gè)時(shí)代，在推動(dòng)科學(xué)和創(chuàng)新的邊界方面，沒有人比他做得更多。[5]”

一個(gè)社會(huì)的進(jìn)步，不可能全由“圣人”完成；至少在科技創(chuàng)新上，我們應(yīng)該允許那些開拓者有些瑕疵。

參考資料：

[1] Satellite operators criticize “extreme” megaconstellation filings，spacenews[2] Over the past six years, governments proposed launching over one million satellites, but where will they all go，the conversation[3] Space debris by the numbers，ESA[4] Elon Musk’s Space Dream Almost Killed Tesla，bloomberg[5] 埃隆·馬斯克傳，沃爾特·艾薩克森[6] LM 700，astronautix.com[7] Iridium Fails to Find a Market : Satellite Phone Misses Its Orbit，The New Yorker Times[8] SpaceX: Prepare for Liftoff，Morgan Stanley[9] Starlink soars: SpaceX’s satellite internet surprises analysts with $6.6 billion revenue projection，spacenews[10] 通信行業(yè)衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)深度報(bào)告：衛(wèi)星通信發(fā)展提速，星地一體未來可期，中信證券[11] Elon Musk rejects claims he is squeezing out rivals in space，F(xiàn)T[12] How many satellites can we safely fit in Earth orbit，space.com

編輯：陳彬

視覺設(shè)計(jì)：疏睿

責(zé)任編輯：陳彬