太空金矿、卫星狂热与星链:21世纪的星球大战(组图)

2021年9月，ITU（国际电信联盟）收到了一份令人哭笑不得的申请： 国土面积略大于浙江舟山的非洲小国卢旺达，宣布将建设两个大型卫星星座，包含足足32.7万颗卫星。 ITU是联合国旗下的专业机构，负责分配、管理卫星以及无线电资源。近些年，全球范围内的卫星狂热，令ITU越来越手足无措。 要知道，从1957年世界第一颗卫星上天，到2022年11月这66年间，整个人类社会只发射过14450颗卫星[3]。 然而，仅2017-2022年，ITU就收到了上百万颗卫星发射申请。不仅是卢旺达，各个大国与航天企业，都在大搞“军备竞赛”：


第一颗人造卫星斯普特尼克1号 年底，加拿大高调宣布未来要再射10万颗卫星；法国公司E-Space不甘示弱，一口气注册了11.6万颗；而在今年5月，上海蓝箭鸿擎科技也向ITU递交了1万颗卫星的建设计划——这已经是中国第3个万颗卫星建设计划了。 2023年ITU发布的《Handbook on Small Satellites（小卫星手册）》中提到，已有超90个国家和地区，拥有卫星发射计划。 各个国家之所以如此激进，罪魁祸首还是那个男人——埃隆·马斯克。 当大家还在忙着搞规划时，马斯克的SpaceX已经往地球轨道发射了约6100颗星链（Starlink）卫星。这些卫星组成了一个庞大的“通信网络”，可以向地球各个角落提供网络服务。


马斯克用星链直播玩游戏 如今，与世隔绝的巴西原始部落，已经通过星链看上了黄色网站；而在炮火纷飞的俄乌战场，星链更成为了唯一的战场通信手段，被前线士兵称为“战争的上帝”。 围绕“外太空的上帝”，一场21世纪星球大战，正悄悄拉开帷幕。 低轨道的“上帝” 星链的诞生，可以说与“上帝”八竿子打不着。 众所周知，马斯克创办SpaceX，是为了有朝一日移民火星。梦想很伟大，但现实却相当骨感：创办初期，SpaceX曾多次在破产边缘徘徊，生存都是问题。 最艰难的2008年，马斯克一度发不出工资，最后找谷歌创始人谢尔盖·布林借了50万美金[4]。“穷怕了”的马斯克，一直在想方设法筹集火星移民资金。 2014年末，他突然意识到太空有一座金矿。 由于经济落后、自然环境等因素，许多地区其实并没有基站。目前，仍有约80%的陆地地区，以及95%的海洋地区，没有被地面网络所覆盖，例如巴西原始部落。马斯克认为，利用通信卫星提供网络服务，可以弥补这个巨大的市场缺口。


正在安装星链终端的巴西原始部落 “通信产业每年大约赚1万亿美元，如果我们能有3%的市场占有率，那就是300亿美元，这比NASA的预算还要多。”他在内部说道[5]。 在航天领域，卫星通信并不是一个新词。 太空中共有三条适合卫星运行的轨道，分别是低轨道（LEO）、中轨道（MEO），以及地球同步轨道（GEO）。 此前，各大航天机构放的卫星，多集中于地球同步轨道。 地球同步轨道的优点，在于轨道高度最高，单颗卫星的覆盖面积大。只需1颗即可覆盖本土，3颗覆盖全球，建设成本较低。缺点在于，离地球实在太远了，通信质量并不高，时延较大。 例如我国的天通一号，正是由3颗同步轨道卫星组成的通信系统。国内手机厂商力推的“卫星通话”功能，大多都是基于天通一号实现的。 但马斯克所押注的，是低轨道。 由于离地球最近，低轨道卫星可以实现类似5G的高速网络服务。然而，由于轨道高度低，单个卫星覆盖范围窄；为了确保覆盖率，需要打造一个庞大的卫星集群，建设成本、难度极高。 在马斯克的构想中，星链最终的目标，是建立起一个由42000颗卫星构成的超级集群。


当时，马斯克的星链构想，其实是个相当疯狂的想法。因为，他并不是第一个对低轨道卫星动心思的人；然而，过去所有的尝试，几乎全部以惨败告终。 盖茨向左，马斯克向右 上世纪90年代，摩托罗拉启动了一个野心勃勃的计划：往低轨道发射77颗卫星，组建一个覆盖全地球的网络。摩托罗拉将这个项目命名为铱星（Iridium），因为金属元素铱的原子序数刚好为77。 摩托罗拉的梭哈，很快引起了硅谷的跟风。 比尔·盖茨听闻后，兴奋地拉上“蜂窝电话之父”麦克维与沙特王子，成立了Teledesic；而高通则和一家国防承包商搭伙，成立了Globalstar；当时，还有一家火箭初创公司轨道科学，也组建了名为Orbcomm的卫星互联网公司。 然而，上述四家公司，却在本世纪初集体宣告破产，一度产业界让“谈卫星色变”。盖茨的Teledesic最终关门大吉，其余三家则卖身给不同的机构。 明星公司“四连爆”的一个根本原因，是难以低成本量产卫星。 众所周知，传统航天基本由国营机构掌控，没有市场竞争压力，基本上怎么高端怎么来。卫星也不例外：制造基本多在实验室而非工厂完成，昂贵且流程复杂。 上世纪末，老牌航空航天制造商洛克希德·马丁，为铱星项目打造了125颗LM700卫星。这批卫星总共耗费了约7亿美金[6]，平均算下来，每颗卫星的造价高达560万美金。


LM-700卫星 铱星在正式投入使用后，只收获了约2万个用户[7]，根本摊不平前期支出，光速破产。 然而，马斯克却找到了破局的关键。如今，星链已是SpaceX的现金牛业务。 2023年11月，马斯克宣布星链已经实现现金流收支平衡。根据摩根士丹利的测算，2024年星链将带来3.47亿美金的收入，并且持续保持高速增长；预计到2040年，星链的营收将达到420亿美金，占SpaceX收入的82%[8]。 同样是“建造上帝”，马斯克与铱星的结局，为何大相径庭？ 复刻火箭的成功 事实上，星链项目也曾走过一段弯路。 2018年，马斯克算了笔帐，意识到一个大问题：自家的卫星还是太贵了。只有将星链的成本降到1/10、同时将生产速度提升10倍，这个项目才可能实现盈利。很显然，星链也没能摆脱瓶颈。 于是，一个夏日周六的夜晚，马斯克没有任何预警地飞到星链项目所在的西雅图，解雇了全体高层。接替这项工作的，是以马克·容科萨为首的8名资深火箭工程师。 实际上，卫星生产制造的模式，其实与火箭十分相似，都分成了设计、生产、测试、总装四个大环节。过去，SpaceX已经成功摸索出一套改造传统火箭的方法论；如今，马斯克准备在星链上复制火箭的成功。 这套火箭制造法的核心理念，是用产业的思维造航天器件。具体来说，大致可以概括成以下两点： 一是垂直整合。在汽车产业中，垂直整合、自己生产零部件，是个常见的降本手段。马斯克在造火箭与星链卫星时，也都自己生产零部件。 二是质疑一切传统，快速迭代。在马斯克看来，没有逼近物理极限的设计，都是有问题的。 例如在传统卫星设计中，天线与飞行计算机之间是彼此分离的。因为航天工程师默认，两者之间需要进行热隔离。然而，容科萨接管团队后，便追着航天工程师问，为什么要热隔离，并逼着对方给出温度测试数据。 这么追问了五次之后，星链的航天工程师被烦到受不了了，立即取消了热隔离，做成了将天线与飞行计算机做了一个集成部件。测试后发现，这么设计一点影响都没有。 大刀阔斧的改革下，初代V1星链卫星诞生了，其成本约为20万美金/颗，只有LM700卫星的1/28。后来推出的V2卫星，重量从260公斤增加到730公斤，并且支持手机直连，但单颗成本仍旧只有约80万美金[9]。


满载的V2星链卫星 与此同时，SpaceX遥遥领先的火箭回收技术，又将卫星发射的成本降低了70%[10]。两相结合下，星链的商业竞争力一骑绝尘。 2019年5月，第一批星链卫星进入轨道。四个月后，马斯克使用星链发布了一条推特。彼时，外界并没有意识到，随着星链计划大获成功，一场全新的21世纪太空竞赛，即将爆发。 太空圈地运动 6月14日，一架搭载了22颗星链卫星的猎鹰9号火箭，从美国佛罗里达州缓缓升空。按照惯例，SpaceX的社交媒体直播了这次火箭发射。不同于自带流量的星舰，猎鹰9号的发射并没引起太多讨论。 在2024年的前6个月，猎鹰9号已经发射了足足60次，平均每2.7天直播一次，比许多带货主播还勤快。 值得注意的是，关于星链的发射任务，有足足43次——马斯克正在加快星链建设的速度。理由很简单：太空资源并不是无限的。


首先，低轨道所能容纳的卫星数量，是有限的。 马斯克曾在接受《金融时报》采访时，认为低轨道可以容纳数百亿颗卫星[11]。 然而，业界普遍不同意这番说法。哈佛天文学家乔纳森·麦克道尔提到，随着轨道越来越拥挤，卫星运行将堪比在没有红绿灯的暴风雨天气飙车，相撞风险会急剧上升。2021年时，星链卫星就曾数次险些与我国空间站相撞。 “我非常怀疑，当卫星数量达到10万颗以上时，还是否能够安全运行[12]”，麦克道尔说道。 其次，卫星通信所需要的频段资源，也是有限的。 简单来说，从太空往地球传输信息，主要是依靠电磁波谱。根据频率从低到高，电磁波谱可以划分成多个不同特性的频段。低轨道卫星高度主要集中在500-1500km之间，频段汇聚在Ka、Ku和V/Q波段等等。 单个频段所能容纳的通信卫星，实际是有限的；一旦过载，很可能会出现信号干扰、通信质量下降等问题。 目前，主流的Ku波段已接近饱和，围绕Ka波段的竞争也日渐白热化。随着这几个频谱资源的饱和，适宜开展卫星互联网业务的波段将进一步减少。 当下，上述两大关键资源，统一由国际电信联盟（ITU）进行管理；而它所定义的规则，相当简单粗暴：先到先得。围绕低轨道的比拼，本质是一场与时间赛跑的太空圈地运动。 对于后来者而言，这注定是场极其艰难的比赛——当大家都还在热身的时候，马斯克已经跑了一半了。 尾声 2022年，比尔·盖茨专程拜访了特斯拉得州超级工厂。由于两人都当过世界首富，又都造过卫星，盖茨深感惺惺相惜。然而，这趟拜访之旅并不愉快。自从知道盖茨曾做空特斯拉股票之后，马斯克就表现得异常刻薄。 他甚至在推特上发了一张盖茨的丑照，阴阳他该减肥了。


很显然，马斯克并不是一个好相处的人；很多时候，他甚至算不上是一个道德感充沛的人。 他的各种商业骚操作，大众早已见怪不怪；至于私德，更是一言难尽。星舰第四次试射之后，《华尔街日报》就爆出，马斯克曾与SpaceX的实习生、员工发生过不正当关系，并多次要求对方给他生孩子。 然而，他对科技进步的推动，同样难以忽视。 除了众所周知的星链、火箭、电动车，马斯克还参与了DeepMind的早期投资，并创办了OpenAI。如今备受关注的通用机器人，同样是马斯克提出来的。 即便被马斯克阴阳，盖茨仍旧公开表示，“关于埃隆的做法，你怎么看都行。但在我们这个时代，在推动科学和创新的边界方面，没有人比他做得更多。[5]” 一个社会的进步，不可能全由“圣人”完成；至少在科技创新上，我们应该允许那些开拓者有些瑕疵。