睡前消息449期文稿：高流説航天（一）被馬斯克甩開 想跟上就難了_風聞

大家好，2022年6月24日星期五，歡迎收看第449期睡前消息，請靜靜介紹話題。

第435期節目，我們提到美國波音的SLS火箭的歷史地位類似於20世紀初期的無畏戰列艦，雖然功能不弱，但技術上只是對現有成熟資源的整合，經濟上很難產生足夠回報，其他國家、特別是中國，可以在現有體制下，加大投入來追趕甚至超越。

同時，我們還説SpaceX的航天部門是劃時代的產業奇蹟，尤其是即將投入使用的“星艦”火箭，技術上有獨家突破，經濟上回報潛力大，可以滾動發展，更類似於正在開發2納米制程的台積電。一旦中國被拉開差距，可能會限制大多數經濟部門的發展。

這個説法很多觀眾並不同意。一些觀眾認為航天是附屬於普通產業的科研部門，經濟上缺乏直接效益，只需要有限投入、保持技術跟蹤就可以。讓美國公司暫時領先也不會產生嚴重後果。

督工你能具體解釋一下對當前航天產業的判斷嗎？

這個問題全程都是高流同學在跟進。雖然他這幾天困在家裏出不來，但我還是讓他遠程解釋一下。

過去20多年，世界經濟的發動機是IT產業。中國、美國、韓國掌握了IT產業的核心節點，所以經濟持續增長，而在IT產業中相對邊緣化的日本、歐洲，雖然還有發達的工業，但經濟地位明顯下降。

現在IT革命的溢出效果開始放緩，新一代航天技術開始拉動其他產業，有成為經濟發動機的潛力。中國可以暫時承認差距，不追求短期內趕超美國，但必須積極開發實用技術，培養自己的航天產業鏈。否則一旦落後，就可能像日本和歐洲那樣，被隔離在新工業革命之外，徹底離開經濟增長快車道。從最近的戰爭來看，新型航天技術不僅影響民用經濟，還會影響軍事領域。日本歐洲依賴美國的軍事保護，可以不在乎，中國必須認真對待。

以往的產業革命，最重要的指標，就是核心設備的動力和工作精度。

第一次工業革命使用煤炭動力與毫米級加工精度，代表性設備是蒸汽火車。

第二次工業革命使用燃油動力、電力與微米級加工精度，代表性設備是噴氣式飛機。

第三次工業革命使用新能源與納米級加工精度，代表成果是風、光、核電設備與芯片。

現在SpaceX展示了前所未有的航天運力，提供了前所未有的軌道數據傳輸量，極有可能通過廉價重型火箭，加速以智能化物聯網為代表的第四次工業革命，至少也是三代半工業革命。

有很多人不看好太空工業革命，最主要的理由是宇宙空間太遠，去宇宙空間太貴，抵消了軌道設備的優勢。但馬斯克發射的幾千顆星鏈衞星，距離地面只有幾百公里，比大多數鄉鎮去附近的二線城市還要近。而且鄉鎮去大城市要繞過很多障礙物，衞星和地面之間可以直線傳播數據。

幾十年前的中國人很少坐飛機，最大的障礙不是機場的距離而是票價。現在大多數年輕人都要頻繁坐火車去大城市，但不會直接購買空間技術服務，原因也是價格。最近幾年，馬斯克製造了廉價衞星，用廉價的交通工具把衞星送上天，空間技術必然會快速滲入日常生活。

傳統的一次性火箭向近地軌道發射，每公斤載荷的運輸成本超過1萬美元，最便宜的長征3號乙與安加拉火箭，每公斤也要五千多美元。而且即使預算夠花，總的運力也很有限。在馬斯克之前，人類最強的航天發射週期出現在80年代。最高發射記錄是蘇聯在1982年創下的，一年發射了106次，其中97次完全成功，2次部分成功。蘇聯的發射工具主要是聯盟U、宇宙3M這些小運力火箭，總共發射了400噸物資進入宇宙空間，就算發揮這99次的極限運載能力，也就490噸。

現在SpaceX的廉價可回收火箭只開發了第一個穩定型號，獵鷹9剛剛能重複使用十幾次，就把每公斤發射成本降到了2700美元。2021年獵鷹9發射了32次，成功率100%，近地軌道的極限投送能力達到730噸，比蘇聯極限投送能力高出一半。

而且冷戰時期的火箭屬於半手工的精密設備，馬斯克的火箭都是能大量生產的廉價產品，技術穩定，可以高頻率發射，本週剛剛實現了36小時發射三次，稍微加班就能每年發射1000噸物資上去。冷戰時期的航天極限動員能力，已經被21世紀的私人公司完全碾壓了。

現在世界各國的領空概念，主要用來約束大氣層內的飛行器。大氣層的邊界有很多説法，但既然領空只在乎飛行器，所以各國只關心能產生升力或者浮力的那部分大氣層。美國科學家馮·卡門計算確定，在85到100公里左右的高空，大氣密度只有地表的二百萬分之一，無論用什麼發動機，無論用多大的機翼，也不可能再利用大氣層托起飛行器。所以航空界把海拔100公里處的大氣邊界稱為卡門線。緊靠卡門線的低軌道一方面利用不了升力，另一方面還要考慮極外層稀薄大氣的阻力，所有的飛行器都只能臨時佔用，所以過去的慣例就把卡門線確定為領空邊界。

1966年，聯合國通過《外層空間條約》，規定外太空屬於全人類共有資源，可以自由開發，只有地球同步軌道這種稀缺資源才需要國際協商分配。緊靠卡門線的低軌道利用率低，所以實行先佔先得規則。現在SpaceX公司有了每年上千噸的發射能力，可以承受不斷在近地軌道更換衞星的代價，實際上是在各國領空邊界外佈置了永久的飛行器編隊。如果我們不盡快在技術和發展方向上超越冷戰水平，就會眼睜睜看着掌握廉價航天能力的組織壟斷這份資源。

而且SpaceX公司的技術還在持續發展，用獵鷹9超越冷戰水平，只是馬斯克航天計劃的第一步。幾個星期內，SpaceX星艦即將正式測試，如果能成功，就要完全顛覆航天產業的基本邏輯了。

星艦火箭的每公斤發射成本可以壓到200美元以下，只有傳統發射成本的幾十分之一，預計會像鐵路取代馬車帶動沿途商業一樣，激發全世界的航天發射需求。星艦的近地軌道極限投送能力預計達到200噸，按照SpaceX現在的發射密度，每年送到近地軌道的物資能接近一萬噸，可以近似算成70億地球人每人一克還有餘，十萬人的城市每年就能給自己發射一顆100公斤的專用衞星。

廉價而普及的衞星，首先會改變人類的信息傳播方式。

衞星在大氣層外的高空，和地面設備之間沒有障礙物，所以覆蓋範圍大；衞星周圍都是真空環境，所以衞星相互交換數據不受大氣干擾。自從人類擁有航天發射能力，各國最主要的應用就是通信衞星。

過去發射一顆衞星不容易，必須用上很久才能回收成本，所以要抬高衞星軌道，讓衞星遠離散逸的大氣分子，減少運行阻力，儘量延長使用壽命。最好是能把衞星放到同步軌道上，相對地面靜止，可以連續發射信號。所以當時的衞星距離地面用户往往有幾千甚至上萬公里。

為了保證遠距離傳遞信息的可靠性，當時的通信頻率比較低，降低了信息傳輸效率。過去幾十年軌道數據總量的增長，主要是靠提高集成電路加工精度，提高單顆衞星的數據通量，幾乎佔滿了C頻段與Ku頻段資源。

現在摩爾定律逐漸走到盡頭了，集成電路能力提高有限，要進一步發展軌道通信，只能開發低軌道衞星。但低軌道衞星要承受極外層散逸大氣的阻力，隔幾年就會墜落，如果各國靠現在的航天發射能力去補充，最多隻能搞總量幾十、上百顆的中小型通信星座，比一個大國的作戰軍艦還要少，不可能直接對接普通用户。

馬斯克的第一代星鏈衞星，就能用流水線製造，單個成本只有50萬美元，年產量4000顆，和中國擁有的民航客機數量差不多，直接把通信衞星變成了大眾產品。今後幾年，隨着星艦火箭和星鏈二代衞星投入使用，通信衞星數量和質量還會進一步上升。

廉價衞星的技術並不複雜，中國如果想仿造，完全可以更便宜，畢竟馬斯克自己都到中國開工廠造電動車。但我們現在的發射能力不夠，所以衞星也一直沒有進入大規模生產階段，製造環節保留了大量人工操作，實現不了模塊化與通用化。目前國內對標星鏈的工廠，規劃產能只有每年300到500顆，實際上基本不可能全速生產。

產量上不去，價格就下不來，生產一顆第一代星鏈水平的衞星要3000多萬人民幣，成本和馬斯克相差近十倍。如果跟不上航天運力革命，以後我們製造和發射航天器的效率，會和美國產生幾十倍的差距。

現在SpaceX的火箭已經可以重複利用十幾次，前幾年嘲笑可回收火箭技術路線的人基本不説話了，全世界已經基本上公認馬斯克擁有最廉價的發射能力。

但同時很多人指出，馬斯克創造的火箭發射能力，明顯超出了現有的全世界衞星市場規模。所以馬斯克只能用星鏈衞星填滿剩下的火箭空間，是創造需求來緩解過剩。而星鏈本身不賺錢，用户少，付費不足，是一個必然虧損項目，恰好證明了當前沒必要大力發展航天工業，高流你怎麼看？

星鏈目前有40多萬用户，每台終端599美元，月租110美元，這麼算下來一年服務費才5億多，算上終端也不到7億。而星鏈全部建設費用要差不多300億美元，回款要半個世紀。考慮到衞星設計壽命只有5年，每年都要更新幾十億美元的衞星才能維持運行，看上去星鏈確實是個賠本生意。

但現在算出來虧損，是用剛剛啓動的營業收入減去全部航天發射費用。初期建設花不了那麼多錢，隨着時間推移，營業收入會上升，而發射費用還能明顯下降。

星鏈現在的40多萬用户看着不多，但漲勢很猛，有一大半用户是今年上半年新開發的。只算發達國家，星鏈潛在用户起碼就有幾百萬，可以貢獻每年50億美元左右的現金流，基本覆蓋星鏈的更新成本。而星鏈下一步的目標是進軍第三世界，開發下沉市場。

現在世界上還有70%的陸地沒有被互聯網覆蓋，30億人用不上互聯網。如果用地面骨幹網去覆蓋這些地區，就算居民能支付成本，也要幾十年才能全面建成基礎設施。星鏈服務全面鋪開之後，很多第三世界國家立刻就可以全國上網，這很可能會導致窮國放棄地面網規劃，完全依賴星鏈。

對於這些落後地區來説，不用每户都有星鏈終端。每個村子安裝一台，就能明顯提高信息化水平，讓居民融入世界分工。本來這個潛在市場是華為、中興這些企業的，現在星鏈搶先進去培養用户習慣了。

星鏈到現在發射了不到50次，組網2600多顆。重複使用的獵鷹9火箭，單次發射成本已經降到1500萬美元，算上衞星費用，接下來再發射5000顆，花40億美元，就能用7500顆衞星全球組網，支撐500萬個終端。就算每年要再發射30次補網，維持費用也就12億美元。500萬個終端每年交66億年費，回本週期可以壓縮到按月計算。所以馬斯克一點都不擔心虧損，他當前的技術能力已經可以做到盈虧平衡了。

如果星艦測試成功，以後單次發射能送300多顆一代星鏈衞星上天，而成本只有1000多萬美元，等於每顆衞星的發射成本3萬美元，幾乎可以忽略。到這一步，馬斯克想要幾萬顆星鏈，沒有任何壓力。所以説現在的SpaceX只是對各國航天機構製造威脅，而星艦技術成熟之後，世界上其他航天機構的主要任務就是自娛自樂了。星鏈公司到現在還沒上市，完全靠私募資金運行，一個原因就是馬斯克相信將來可以通過更好的財務數據，搞到更多的錢。

中國現在已經建設了發達的地面通信骨幹網，明顯壓低了接通地面網絡的成本。而且因為是國企負責建設，最偏遠的鄉鎮也能享受電信和網絡服務。中國還有必要再發展類似於星鏈的低軌衞星系統嗎？

最近幾年，國內大力推動5G產業化，但地面基站往往只能覆蓋幾百米，尤其是國內運營商往往要利用現有基站，把5G天線安在4G的下面，覆蓋半徑進一步縮減到三百多米。如果指望地面基站去覆蓋城市區，全國至少要修600萬個5G基站，每年電費就要2400億，而三大運營商一年利潤才1500多億。

所以5G商業化普及在技術上缺乏可行性，對普通人來説也沒有比4G更強，只能在一些重點工業環境發揮作用。5G下一步發展，最理想的選擇就是用低軌5G星座組網。用可回收火箭和類似於星鏈的通信衞星覆蓋地面。

中國電信企業的發展目標不僅僅是國內市場，還有國際市場。開發國際市場就要考慮跨國、跨大洲的信息幹線建設。現在星鏈正在通過衞星彼此聯繫搭建全球信息傳輸體系，相對地面網絡的優勢不僅僅是節省了光纜和基站，很可能幹線傳輸效率也全面壓倒地面網絡。

傳統的衞星軌道高，彼此間距大，所以通信使用無線電信號，用低頻率換可靠性。而星鏈的軌道低，彼此間距小，可以使用激光通信。對於遠距離通信來説，頻率越高，信息傳輸效率越高，激光通信就意味着高密度信息流。

目前地球上98%的國際互聯網通信靠海底光纜，海底光纜也是用激光傳輸信號。但是光纜畢竟是固體，傳輸衰減很大，不到100公里就要做一次信號中繼。而且海底光纜結構複雜，每公里要花幾萬美元，全世界500多條國際海底光纜佔用600億美元的固定投資，經常被漁船或者其他海底施工破壞，和星鏈系統比，無論是建設還是維護，都沒有成本優勢。

對於激光來説，太空環境的信號衰減很小，星間激光鏈路可以用小功率實現寬頻譜通信，傳輸速率接近每秒100Gb。這雖然還比不上單條光纜的容量，但是星鏈可以用幾百顆小衞星替代一條海底光纜，成本更低，信息流更靈活。平時信息流基本沿着地球表面的大圓方向前進，節約距離。萬一某個衞星出問題了，網狀信息流隨時可以分散到周圍的衞星，對整個互聯網沒有任何影響。所以只要有隨時補廉價衞星的能力，星鏈系統早晚要取代現在的地面光纜體系。

另外，太空中的光速，高於光纖的光速；星鏈接力構成的大圓折線，長度小於地表繞路的光纜，所以要追求極限速度的話，星鏈可以提供更低的信號延遲，對高頻金融交易有決定性影響。依靠更低的延遲和更可靠的抗干擾能力，星鏈早晚會拿到大多數金融機構的高利潤訂單。

地面網絡靠線路傳輸只能點對點，會有大量通信盲區，而低軌星座能實現全地形通信。過去一直有人説星鏈終端只能固定在某個地點，沒法服務運動目標，在車上和飛機上都不太好用。但目前達美航空正在測試機載星鏈終端，精品航空（JSX）公司已經和星鏈公司簽約，給乘客提供上網服務。此前美國軍方也在C-130運輸機與KC-135加油機上測試了星鏈通信。

能高質量服務運動目標，就有軍事應用潛力。基層單位信息化是打現代戰爭的前提。和前線有深入信息交互能力的火炮，勝過十倍的傳統炮兵。幾個月之前，馬斯克給烏克蘭送去了1萬多台星鏈終端，讓烏克蘭的炮兵能分散打游擊戰，單次作戰壓縮到半小時以內，在俄國飛機到來之前，給俄國重裝部隊製造嚴重損失。俄軍也嘗試過對星鏈做電磁干擾與黑客攻擊，但是星鏈公司總是很快就完成遠程升級，抵消俄國的干擾。這説明星鏈系統的安全性值得信任，至少能抵抗一個常任理事國的信息入侵。

現在的烏克蘭軍隊，大多數武器還是蘇聯留下來的，核心火力輸出靠傳統炮兵，所以宏觀上星鏈只能提供一定的威力加成，還做不到完全顛覆戰場規則。將來如果是大國之間直接對抗，應用低軌星座控制無人機和地面單位，擁有更多上下行帶寬的一方，就能在戰場上集中更高密度的無人裝備，用蜂羣戰術形成壓倒性優勢。中國未來的國防，也需要考慮星鏈的影響，更需要建設自己的低軌道高密度星座。

前面只分析了星鏈的通信能力，但是目前的星鏈通信模塊只使用了衞星不到一半的功率。星鏈衞星的綜合利用潛力還很大。星鏈疊加信號攔截天線，就是電子偵察星座；星鏈疊加紅外相機模塊，就是近地紅外預警星座，可以用幾億美元的成本嚴密監視全球導彈發射；星鏈疊加合成孔徑雷達，就能實現對地面狀態的全程監視。

哪怕星鏈衞星只是加一個星鍾，像吉利汽車開發的小衞星一樣，做低軌導航增強，也能夠支撐全地形自動駕駛，提高特斯拉汽車的競爭力。這些軍民技術疊加起來，就是美軍下一代太空體系架構的升級版。馬斯克的野心，絕對不只是給全世界提供通信服務。

現在星艦火箭技術馬上就要成熟了，未來的太空發射成本，可能會降低到每公斤200美元左右，每噸20萬美元，和地面上很多高價值裝備的製造成本差不多。以後人類送到地球軌道上的東西，並不一定是搜索和轉發信息的衞星，還可能是利用太空環境做實體產業的新型工廠。

冷戰期間，美蘇都設想過用桁架結構拼裝軌道車間，只是過去發射成本高，派人上去安裝的風險也大，所以只能在科幻電影看到太空工廠。現在可回收火箭降低了送配件上天的成本，星鏈提供了低時延通信網，地面上就能操縱空間機器人建造軌道工廠。這樣的工廠，最直接的功能是回收拆解其他軌道上的廢棄衞星，用很低的成本重新投放到指定軌道。比如美軍“鳳凰計劃”，就準備在太空靠組裝方式建設大型衞星，維修甚至拆解其它衞星，目前已經開展了一些初步試驗。

在太空造衞星還只是地面傳統產業的延伸。太空工廠最大的潛力，是利用失重環境，製造地面上無法生產的無瑕疵產品。比如説，在地球上生產高精度的標準球形歷來是工業難題，而在太空中，液體金屬靠表面張力，就能自然凝結成毫無瑕疵的球形，明顯降低精密機械軸承的阻力。其他金屬零件製造，如果能排除重力影響，也可以達到地球上無法接近的精度，減少零件內部的有害應力，還能生產良率更高、理論上無限大的單晶製品。中國之前租用歐洲設備，已經多次驗證了微重力下金屬加工的優點，只是缺乏馬斯克的廉價發射能力，所以一直停留在實驗階段。

另外，最近幾年對普通人影響最大的技術進步來自生物製藥領域，這也是一個急需失重環境的行業。地面上的實驗室受到重力影響，培養細胞的時候，重力會把細胞集中到容器一側，擠在一起，中間的細胞吸收不到養分，代謝廢物也會堆積在一起，細胞很容易就會死掉，所以小規模培養也要不斷攪拌，這又給培養細胞增加了額外的複雜條件。到了失重環境，細胞始終懸浮在培養介質中，可以在單個容器內做穩定的規模化生產。

又比如説，現在分離細胞、做藥物提純，一般是用層析法，俗稱“過柱子”。還有一種思路是靠電場分離，也就是電泳法。但是電泳有加熱效果，在重力環境下會製造熱對流，同時還受到重力沉澱影響，所以往往只能用微管去電泳，影響生物工廠的效率。

之前空間站與航天飛機上的實驗結果證明，在太空用電泳法從腎細胞中分離尿激酶，效率比地面工藝高6到10倍；從血漿分離血漿蛋白，效率是地面的700倍。同樣規模的製藥生產線，軌道車間產量是地面的幾十倍。現在製藥行業高利潤產品的有效成分，都是按克甚至按毫克計算的，只要發射成本足夠低，製藥企業就願意租用馬斯克的火箭，自己造一個空間站工廠。

在研發方面，開發新藥，首先要理解構成人體和藥物的蛋白質分子結構，這需要讓蛋白質結成完美晶體。而在地面環境下，蛋白質結晶總是有瑕疵的，只有空間站能提供穩定的廉價無重力環境。最近幾年，美國、日本頻繁在空間站做蛋白質結晶實驗，等到馬斯克的廉價發射能力跟上來，生物公司肯定不會放過。

太空生產的這些優點，都是基於基本物理規律就能看到的好處，所以自從第一顆人造衞星上天，各個工業部門就開始設想軌道工廠。只要有人能提供廉價發射服務，所有工業部門都會一擁而上，給太空計劃提供無窮無盡的投資。馬斯克高頻率發射星鏈，已經讓很多企業蠢蠢欲動，如果星艦火箭能連續成功實驗幾次，很快我們就會發現頭頂上都是軌道生產車間。

我還是要重新提到一個數字，現在的空間站高度只有400公里左右，而火箭發射入軌只需要不到十分鐘，比外賣還快。軌道空間是一個距離我們非常近的地方，往往要比附近的中心城市還近。如果讓美國獨家壟斷廉價發射能力，這些肉眼可見軌道工廠就是身邊的競爭者，用更低的成本佔領幾乎所有高科技產業。中國作為世界第一工業大國，必須對廉價航天產業的發展前景有足夠警覺。

依靠SpaceX和其他幾個商業航天公司，現在美國的可回收火箭技術遠遠領先世界。你希望中國也發展類似的廉價航天技術，中國是不是應該學習美國，全力發展市場化航天產業？

市場化航天的成功只是結果，是具體航天項目的落實單位。我們的確希望中國也出現本土化的SpaceX公司，但首先要建設一箇中國版的NASA，甚至是加強版的NASA。

因為蘇聯解體和美國SpaceX公司的成功，很多人對各國航天產業的發展模式有錯誤的理解，往往會把蘇聯模式看做政府主導模式的代表，把馬斯克和美國看做市場化航天的代表。實際上，美國航空航天局NASA是政府單位，更是全世界獨一無二的強勢航天管理機構。蘇聯和其他國家的航天機構，都應該向NASA學習航天管理經驗，對整個產業進行更嚴密，更深入的控制，才可能培養出中國的SpaceX，發揮中國現有工業體系的優勢。

這方面內容，我下次分析航天話題的時候再深入介紹。

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