神舟十一號發(fā)射成功 衛(wèi)星行業(yè)卻是“小而多”
虎嗅注：北京時間10月17日早上07:30:28，搭載著航天員景海鵬、陳冬飛的神舟十一號載人飛船正式點(diǎn)火發(fā)射，在7點(diǎn)51分左右，神舟十一號載人飛行任務(wù)總指揮張又俠宣布：神舟十一號飛船發(fā)射任務(wù)取得圓滿成功。據(jù)悉，兩名航天員將在太空駐留30天，與天宮二號交會對接，中國離建造首個國際空間站又近了一步。
無獨(dú)有偶，《經(jīng)濟(jì)學(xué)人商論》在其10月刊中恰好有一篇文章講述未來人造衛(wèi)星的發(fā)展趨勢將走向“個頭越小越好，數(shù)量越多越好”，這將大幅度降低成本和風(fēng)險，你可以稱這類衛(wèi)星為“鴿子”衛(wèi)星?！?/p>
“追隨地面科技走過的高回報的歷程：降低系統(tǒng)成本，大幅增加新產(chǎn)品的用戶數(shù)量，尤其是新數(shù)據(jù)產(chǎn)品””正成為硅谷的SpaceX、OneWeb等航天公司新貴的選擇。
最后，恭喜神舟十一號載人飛船發(fā)生成功。
火箭是令人振奮、蔚為壯觀的一種太空飛行，但如果不裝載點(diǎn)什么有用的東西，火箭基本上就是煙花。要了解這一航天行業(yè)的最新創(chuàng)舉，首先去看看航天器制造領(lǐng)域發(fā)生了什么巨變吧。
在美國加州的帕洛阿爾托(Palo Alto)，有一家工廠從前蘇聯(lián)發(fā)射人類第一顆人造衛(wèi)星“伴侶號”(Sputnik)那年就開始制造航天器，那時候在帕洛阿爾托還沒有人聽說過硅谷呢。
SSL，曾名Space Systems/Loral，已經(jīng)制造了100多顆通訊衛(wèi)星，其中81顆仍在服役。這里有數(shù)間擁擠而整潔的房間，每間都有大教堂中殿那么高。目前里面擺放著幾十顆衛(wèi)星，相當(dāng)于該公司一年多的訂單量。
這些衛(wèi)星都是同樣的結(jié)構(gòu)：直徑1.2米的圓柱體封在一個方形的箱子里。衛(wèi)星要完成的任務(wù)越多，外罩的箱子就越高，太陽能板就越長，用于將數(shù)據(jù)傳回地面客戶的天線和反射器陣列也更大更復(fù)雜。
快要完工的Sky Muster II是其中最大的一顆衛(wèi)星，用于為澳大利大人口不太稠密的地區(qū)提供寬帶通訊。它高9米，定制有復(fù)雜的反射器陣列，適于服務(wù)該國的內(nèi)陸地區(qū)。
通訊衛(wèi)星業(yè)務(wù)主要由四家衛(wèi)星運(yùn)營商主導(dǎo)，它們分別是歐洲通訊衛(wèi)星組織(Eutelsat)，國際海事衛(wèi)星組織( Inmarsat)， 國際通訊衛(wèi)星組織(Intelsat)和環(huán)球衛(wèi)星公司(SES)。它們的收入主要來自需將電視信號傳送到用戶家中的公司，但也服務(wù)于數(shù)據(jù)傳輸和移動通訊市場。
SSL工程和運(yùn)營主管保羅·埃斯蒂(Paul Estey)說，這些衛(wèi)星運(yùn)營商為了競爭客戶，對SSL這樣為數(shù)不多的專業(yè)飛行器制造公司的需求越來越多。
衛(wèi)星行業(yè)銳意創(chuàng)新，但也謹(jǐn)慎規(guī)避損失。SSL最小的通訊衛(wèi)星售價一億美元左右，最大的價格大概是三億美元。加上運(yùn)載火箭所需的一億美元，衛(wèi)星有可能十年之后才能開始產(chǎn)生利潤。由于衛(wèi)星要在惡劣環(huán)境下運(yùn)行，且沒有維修的可能，還要保證很長的工作壽命，所以不會采用帶有任何重大風(fēng)險的新技術(shù)。
沿著101公路驅(qū)車一小時會看到一家完全不同的飛行器工廠。Planet Labs最近更名為Planet，它的工廠占據(jù)了舊金山市場街南區(qū)一棟老舊但別致的建筑。底層一間跟較大的星巴克差不多面積的房間里擺放了很多工作臺和工具，用于制造三十厘米長、每個重約五公斤的衛(wèi)星。如果你能分辨，就會發(fā)現(xiàn)很多元件是用于制造其他設(shè)備的，最多的就是智能手機(jī)的元件。
制造一顆Planet稱之為“鴿子”的衛(wèi)星(見圖)需要大概一周。房間最里面有幾十個衛(wèi)星已經(jīng)打包好準(zhǔn)備發(fā)貨。這便是航空事業(yè)的新面目：小而多。
超小型衛(wèi)星被稱為立方體衛(wèi)星，“鴿子”衛(wèi)星正是這一大家族中的一員。上世紀(jì)九十年代末，斯坦福大學(xué)和位于圣路易斯奧比斯波(Obispo)的加州州立理工大學(xué)的研究人員認(rèn)識到，只要有一定數(shù)量的標(biāo)準(zhǔn)化就可讓發(fā)射超小型衛(wèi)星變得簡單許多。
他們制定出了一個叫“1U”立方體衛(wèi)星的標(biāo)準(zhǔn)：這是一個大小為10cm×10cm×11.5cm的箱體，配備電子和物理接口，可以和其他類似設(shè)備一起放入一個分配器——該分配器可作為次級有效載荷發(fā)射(衛(wèi)星發(fā)射器的設(shè)計載荷能力經(jīng)常會大于主載荷所需)。
這個標(biāo)準(zhǔn)廣為業(yè)界接受。截止2013年初，已經(jīng)發(fā)射了約100顆立方體衛(wèi)星。用于設(shè)計和制造這種衛(wèi)星的工具已經(jīng)非常完善，一個富有創(chuàng)意的老師帶領(lǐng)一班學(xué)生也可以嘗試造一顆衛(wèi)星。
Planet創(chuàng)始人克里斯·保舒仁(Chris Boshuizen)、 威爾·馬歇爾(Will Marshall)和羅比·申格勒(Robbie Schingler)認(rèn)為立方體衛(wèi)星有可能成為一個行業(yè)的基礎(chǔ)。
幾年前在美國國家航天航空局埃姆斯研究中心(Ames Research Centre)工作的時候，他們研究了一個3U立方體衛(wèi)星(三個并排放置的1U)所能裝載的最大望遠(yuǎn)鏡可以實現(xiàn)什么功能。
在像國際空間站那樣的低軌道位置將這樣的望遠(yuǎn)鏡朝向地球，所拍攝照片的分辨率可以達(dá)到五米或者更高一些。通過在更大的衛(wèi)星上安裝更大型的望遠(yuǎn)鏡拍攝，其他公司所出售的衛(wèi)星圖像分辨率要高很多，立方體衛(wèi)星拍出的照片根本沒法與之相比。
但3U立方體衛(wèi)星可以幾十或幾百顆地部署。例如在農(nóng)業(yè)監(jiān)控這樣的市場，以數(shù)量彌補(bǔ)質(zhì)量，大批小型衛(wèi)星所收集到的海量信息也許能彌補(bǔ)分辨率低的不足。
2014年，首批28顆“鴿子”衛(wèi)星從部署地發(fā)射至國際空間站。Planet總部舉辦松餅早餐會慶祝這次發(fā)射，之后的13次發(fā)射也都延續(xù)了這一傳統(tǒng)。Planet目前運(yùn)營的飛行器有63個，其能力也許受大小所限，但公司稱它們的技術(shù)復(fù)雜度堪比任何地方的衛(wèi)星。而且這些小衛(wèi)星撐起了一個潛力巨大的商業(yè)模式。馬歇爾說Planet現(xiàn)在有超過100個客戶購買“鴿子”衛(wèi)星發(fā)回的數(shù)據(jù)，而且這一數(shù)字還有望大幅增加。
Planet的成功一定程度是因為消費(fèi)電子產(chǎn)品成本不斷下降以及功能不斷增強(qiáng)，尤其是智能手機(jī)元件。手機(jī)銷量以十億計，其元件越來越小，耗電量也越來越低，這些都很關(guān)鍵。
即便如此，沒有經(jīng)常改進(jìn)衛(wèi)星的意愿也沒用，準(zhǔn)確說是要持續(xù)改進(jìn)。截至今年六月，“鴿子”已經(jīng)經(jīng)歷了14次升級。
如今，衛(wèi)星上裝配了和以前不同的照相機(jī)，使用了新天線，采用了重建的電子元件，電源系統(tǒng)則是基于特斯拉汽車所用的鋰離子電池組，而不再是原來的AA電池。衛(wèi)星現(xiàn)在能“看到”四個顏色波段，以前只有三個。衛(wèi)星在定位和定向方面的表現(xiàn)也有極大提升。馬歇爾說，按每公斤的性能來比較，“鴿子”比五年前的尖端技術(shù)要好上100倍。這種快速創(chuàng)新在硅谷很正常，但在衛(wèi)星業(yè)界卻是前所未見。
飛吧，小寶貝
相比昂貴的大型衛(wèi)星，開發(fā)小型衛(wèi)星需要對風(fēng)險有不同的態(tài)度。Planet預(yù)料到有些創(chuàng)新會失敗，也清楚國際空間站發(fā)射的“鴿子”衛(wèi)星壽命本來就很短，一般飛行9到18個月后就會重新進(jìn)入大氣層。這種態(tài)度加快了進(jìn)步的步伐，提升了公司整體的適應(yīng)能力。
一個大型通訊衛(wèi)星可能會決定一家公司的命運(yùn)。
1988年首個專用于電視直播的衛(wèi)星Astra1A由歐洲首枚阿麗亞娜4型火箭裝載發(fā)射。魯伯特·默多克知道，如果火箭中途爆炸，他剛起步的天空廣播公司也就跟著完蛋了，還有可能將他媒體王國的其余部分一并卷入火海。
Planet已經(jīng)歷了兩次運(yùn)氣不佳的發(fā)射，眼看著整批“鴿子”衛(wèi)星在一片火光中墜向地球，但公司仍屹立不倒。
一個公司愿意承擔(dān)風(fēng)險的前提是其投資者對風(fēng)險有同樣的態(tài)度，而Planet的投資者正是如此。這是打造小型低成本衛(wèi)星業(yè)務(wù)的另一個結(jié)果;這種業(yè)務(wù)所需的資本相對較少。Planet幾乎所有資金都來自硅谷的天使投資者和風(fēng)險基金。
當(dāng)衛(wèi)星只有幾公斤重、零件只有幾千個，技術(shù)進(jìn)步能夠得以加速;同理，當(dāng)衛(wèi)星的成本每顆只有幾十萬美元甚至更少，融資也就變得容易多了。
經(jīng)過三輪融資之后，目前Planet的總投資額為1.58億美元。換做SSL，這點(diǎn)錢只夠買一顆衛(wèi)星。
弗吉尼亞州航空航天分析機(jī)構(gòu)Tauri Group的一項研究顯示，2001至2005年間，全球航天業(yè)的風(fēng)險投資總額僅為1.86億美元，2011至2015年間上升至23億美元。其中一半的投資者來自加州，大部分投資要么投向小型衛(wèi)星，要么投向?qū)樾⌒托l(wèi)星特殊要求而定制的發(fā)射器。風(fēng)險資本家對其中涉及的技術(shù)也越來越放心。
個頭小，數(shù)量多
像Planet這樣的公司也的商業(yè)愿景聽起來也很熟悉。Tauri Group的報告指出，新興起的航天公司在向風(fēng)險資本推銷自己的時候，已經(jīng)可自稱在“追隨地面科技走過的高回報的歷程：降低系統(tǒng)成本，大幅增加新產(chǎn)品的用戶數(shù)量，尤其是新數(shù)據(jù)產(chǎn)品”。
流行趨勢是另一個因素。和“鴿子”一樣，硅谷的投資者也是成群結(jié)隊。
近幾年，其中一位所創(chuàng)立的SpaceX的成功讓航天業(yè)變得尤為引人關(guān)注，吸引了大批投資者。新的資本來源看似催生了很多衛(wèi)星。七月，咨詢公司Euroconsult估計，2016到2025年將會發(fā)射約3600顆小型商用衛(wèi)星，其中超過2000顆屬于風(fēng)險資本投資的對地球進(jìn)行觀測的公司。
其他公司，包括一些資本雄厚的公司，則想讓小型衛(wèi)星革命更進(jìn)一步。如今，大型通訊衛(wèi)星基本都在距離地球3.6萬公里的軌道上飛行，這是因為在這個高度，衛(wèi)星繞地球飛行一圈需要24小時。這就意味著從地面上看，它們好像是靜止不動的。
對于依賴一根天線指向同一方向的業(yè)務(wù)來說這是一個巨大的優(yōu)勢，但也有代價。一條特定的天線和信號放大器可以處理的數(shù)據(jù)量與到地表距離的平方成反比。
也就是說，距離地球越近，可以處理數(shù)據(jù)便越多。同時也會更快：無線電訊號經(jīng)過3.6萬公里到達(dá)“地球靜止”軌道再回到地球會有四分之一秒的延遲，這對有些應(yīng)用來說是個問題。
盡管如此，通訊衛(wèi)星大都已經(jīng)放棄了較低軌道的優(yōu)勢，這有兩個原因。軌道越低，就需要越多的衛(wèi)星以確保在地面總能看到一顆。
在太空移動的衛(wèi)星需要接收器來跟蹤，這并不是說要有移動“大鍋蓋”;現(xiàn)在的衛(wèi)星接收器可以進(jìn)行電子跟蹤，但這樣的技術(shù)要求很高。
越多越好
OneWeb是由包括Intesat、維珍集團(tuán)和空客公司在內(nèi)的多家公司合作的一個項目，其基本理念就是現(xiàn)代天線可以克服這一通訊難題，以及使用小衛(wèi)星能夠解決信號覆蓋的問題。
該項目計劃利用軌道高度僅1200公里的648顆衛(wèi)星為地球上任何一個地方提供無縫通訊服務(wù)。這一商業(yè)計劃聚焦發(fā)展中國家，把全面覆蓋、隨意連接的需求變成了服務(wù)特性，即便再邊遠(yuǎn)的地方也能覆蓋得到。首批衛(wèi)星將在明年發(fā)射。
靠立方體衛(wèi)星是無法做到這一點(diǎn)的，僅憑創(chuàng)業(yè)公司的預(yù)算也不夠。OneWeb是一個數(shù)十億美元的項目，位于圖盧茲的空客工廠正在制造衛(wèi)星原型。在佛羅里達(dá)州，OneWeb和空客的航天與防務(wù)公司正在建立一間工廠，在此它們希望可以利用高度自動化的系統(tǒng)每天生產(chǎn)4顆150公斤重的飛行器。這種生產(chǎn)規(guī)模在衛(wèi)星行業(yè)前所未見，足足多出了一個數(shù)量級。
該項目不僅在技術(shù)上非常大膽，還面臨著諸多競爭。谷歌(OneWeb的創(chuàng)新者曾在此就職)正在研究同溫層氣球作為替代來為發(fā)展中國家提供網(wǎng)絡(luò)連接。Facebook正在研究太陽能驅(qū)動的高空無人機(jī)。
仍占主導(dǎo)的通訊衛(wèi)星行業(yè)也在關(guān)注最新的發(fā)展。在谷歌時，OneWeb創(chuàng)始人曾研究過一個稱之為O3B的系統(tǒng)，系統(tǒng)以還未享受到數(shù)據(jù)服務(wù)的“另外三十億人”(other three billion)來命名。他們離開谷歌后，該系統(tǒng)仍在繼續(xù)發(fā)展。如果系統(tǒng)建成，將會由20顆在距離地球8000公里軌道上飛行的衛(wèi)星構(gòu)成。
今年夏天，四大通訊衛(wèi)星運(yùn)營商之一的SES收購了谷歌和其他初始合作者的股份，從而完全掌控了這個項目。
同時，在此之前僅從事發(fā)射業(yè)務(wù)的SpaceX也在談?wù)摻⒆约旱牡蛙壍劳ㄓ嵪到y(tǒng)，可能會運(yùn)行4000顆小型衛(wèi)星。僅這一個項目所需的衛(wèi)星數(shù)量就相當(dāng)于目前在軌衛(wèi)星數(shù)量的三倍之多?！?/p>
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