全球开启低轨通信卫星军备赛 能够真正实现降低成本的只有这两条路径

微观人 2022-03-23

通信卫星航天卫星

3242 字丨阅读本文需 7 分钟

德国《法兰克福汇报》网站近日报道称,欧盟委员会计划在太空建设自己的互联网。

在德国阿尔河谷地区去年7月遭遇洪灾、多地失去互联网连接后,埃隆·马斯克伸出了援手。在短短几天内,他的“星链”项目就建造了36个站点,让当地居民得以通过卫星连接互联网。对马斯克而言,这是一次完美的广告宣传。他计划在卫星互联网中投入200亿到300亿美元。

一个拥有5万颗卫星的网络迟早有一天会将互联网带到世界上最偏僻的角落。目前已有2000颗“星链”卫星在近地轨道中运行。杰夫·贝索斯的亚马逊公司也在竞争项目“柯伊伯计划”中投入了大量资金。俄罗斯和中国已宣布打造自己的太空宽带项目。

因此欧盟也绝不能落于人后。至少欧盟委员会、尤其是来自法国的分管内部市场的委员蒂埃里·布雷东对此深信不疑。欧盟委员会计划为建设自己的卫星互联网投入将近60亿欧元资金,其中24亿出自欧盟预算。欧盟委员会希望通过这种方式填补即便在德国等富有的欧盟国家的农村地区也依然存在的互联网“空白点”。互联网连接对中小企业也很重要。

但这还不是全部。布雷东表示:“我们希望为我们的基础设施建立备份,降低对第三方的依赖性并且提高网络安全性。”欧盟自己的卫星基础设施将通过量子加密来实现安全通讯,对各国政府和军队也大有裨益。

低轨卫星的两条降本路径

摩根士丹利报告指出,建造能够提供低成本高速互联网的卫星星座正在推动全球太空经济增长。预计到2040年,全球太空经济的价值将达到1万亿美元,其中,卫星互联网预计将占市场增长的50%甚至70%。

航天工业中最赚钱的部分,是制造卫星以及提供与其配套的系统和服务。但是在实现商用化之前,成本是绕不开的问题。

除了制造卫星的成本,低轨道宽带通信卫星的另一大成本,来自于发射环节,而要降低发射环节的成本,则有赖于两条路径:其一是降低作为运载工具的火箭成本;其二是降低卫星重量进而降低整体的发射成本。

第一条路径,伊隆·马斯克(Elon Musk)的“星链计划”表现得较为典型,“星链计划”的重要发射工具之一是SpaceX的可回收火箭。

美国当地时间2015年12月21日晚,SpaceX发射的“猎鹰9”火箭在佛罗里达州卡纳维拉尔角成功实现第一节火箭软着陆,从而开创了火箭从太空直接垂直回收的历史,这是人类史上第一次将火箭发射到太空之后还能返回地球。

马斯克曾经表示:“如果火箭可以像飞机一样重复使用,那么进入太空的成本可以降低百倍。”

第二条路径,则是目前银河航天所采用的方式,即通过优化卫星设计、降低卫星重量,实现卫星轻量化来降低卫星发射成本。朱正贤透露,本次发射的卫星重量已经比首发星轻约30kg。

此外,银河航天还在积极尝试新技术的应用,在保证产品性能的前提下,通过软件算法,可以对零件内部材料分布进行结构的优化,例如通过3D打印技术为卫星减重。朱正贤告诉记者:“我们还在通过加速研制柔性太阳翼等降低卫星发射成本。随着技术的进一步发展,相同面积柔性太阳翼重量较刚性太阳翼能下降40%以上,这可以大幅度降低卫星发射成本。”

他还告诉记者:“目前,银河航天正在研制的可堆叠式平板卫星,正在使用这一款全新的柔性太阳翼,在发射时可将卫星像平板电脑一样多个摞在一起,一发火箭可以同时发射数十颗堆叠的卫星。”朱正贤告诉本报记者。

前述航天业内人士告诉记者,商业航天发射一般采用按照重量计费的方式核定发射服务的价格,因此,通过优化设计、技术革新等方式,降低卫星的重量确实可以降低发射成本。他还表示,根据运载火箭的有效载荷,在空间允许的情况下,降低单星的重量、缩小体积,还可以实现一次“多发卫星”,也能在一定程度上降低发射成本。

在设法优化卫星设计、降低卫星重量的同时,中国也在进行火箭回收技术的相关研究。目前有两种方式:一种类似于SpaceX“猎鹰”系列,采用着陆缓冲腿,例如长征八号。另一种则类似于SpaceX的“星舰”,采用系绳吊挂和动态网眼的形式,实现对助推器的着陆和回收,由中国运载火箭技术研究院研发。

不过,对于类似于银河航天这样的商业卫星公司而言,当前需要面对的环境恐怕与SpaceX不同。一方面,中国民营火箭发射尚处于起步阶段,从事这一业务的民营企业有星际荣耀、星河动力等,截至目前,商业发射的次数并不是太多。 2019年7月,星际荣耀的双曲线一号成功发射,实现了中国首次民营火箭的成功发射。此后,2020年11月、2021年12月,星河动力的谷神星一号火箭两次发射成功。不过,这距离形成成熟的商业火箭发射体系,还有相当的距离。

另一方面,中国航天发射场的主要职能,更多集中在与国家科研和宇宙探索有关项目的卫星、航天器的发射上。“综合卫星和航天器的入轨高度、角度以及天气等因素,发射窗口是有限的,从某种意义上来讲,这是稀缺资源,有多少发射窗口能留给低轨道宽带通讯卫星,也是一个问题,而这类卫星恰恰需要高频发射组网。”一位熟悉发射场情况的航天工业系统资深人士表示。她强调,中国目前的航天工业体系,还是科研为核心的体系,“纯粹的商业航天体系才刚刚起步”。

卫星本身的制造成本会随着规模化效用的扩大而降低。朱正贤透露,银河航天在与某工业供应链企业的合作中,充分发挥了工业生产的量产优势,大幅降低了成本、压缩了生产周期,可以预计随着卫星产量的上升,价格将进一步降低。

进入抢蛋糕模式

相比SpaceX,英国卫星公司OneWeb的劣势是没有自己的运载火箭发射能力。

正因如此,OneWeb不得不在全球范围内寻找性价较高的发射服务商,最终选择与俄罗斯航天局达成协议,由俄罗斯“联盟”火箭发射OneWeb卫星。

对于此次OneWeb发射搁置,有业内人士猜测,如果OneWeb想要在短期内找到星座发射的解决方案,可以选择采购SpaceX的火箭。

当然,OneWeb也可以选择美国太空初创企业火箭实验室(Rocket Lab)的电子火箭。本月初,Rocket Lab成功发射一颗日本雷达卫星,同时计划在弗吉尼亚州东海岸为旗下“中子号”火箭建设制造工厂和发射场。

抛开美国的火箭,虽然印度的运载火箭投入国际发射市场的能力有限,但在黄志澄看来,背靠股东电信巨头巴蒂电信(Bharti Airtel),印度也是OneWeb星座发射的潜在合作对象之一。

从1973年开始,印度空间研究组织开始研发航天运载火箭,该组织已成功研发了四种型号的运载火箭:卫星运载火箭(SLV3)、加大推力卫星运载火箭(ASLV)、极地轨道运载火箭(PSLV)以及地球同步运载火箭(GSLV)。

只不过从长期来看,印度的发射效率并不高,且要布局自己的卫星互联网业务。

比如,有报道称,印度首富穆克什·安巴尼(Mukesh Ambani)拥有的Jio Platforms公司与欧洲卫星宽带服务商SES签约成立合资企业,计划共同探索卫星互联网的业务可能性。

某种意义上,中国科学院空天信息研究院海南研究院执行院长杨天梁认为,星链服务现已在乌克兰被激活,从技术层面来,基本上证明了卫星互联网路线的可行性。

至少相比刚开始时,很多人对卫星互联网未来市场前景的怀疑态度开始变少。“在关注一些应急情况层面,卫星互联网提供的不仅仅是经济价值,更多是一种社会价值。”

去年11月份,俄国家航天集团公司向政府申请1.5万亿卢布(约合人民币1300亿元),用于筹建“球形”多功能卫星系统,以应对英国、印度联合控股的OneWeb和美国马斯克的“星链”系统。

此次申请“球体”项目的金额甚至超过了俄罗斯2016-2025十年期航天计划获批的总额。

如今,不仅美、英、俄意在抢占优质频段,日益独立的欧盟近日也宣布了自己的卫星网络计划,抢占轨道资源。

日前,欧盟在法国图卢兹举行的关于太空政策的会议上表示,将耗资60亿欧元打造自己的低轨卫星星座。

据悉,该卫星星座或将运行在距地球400-500公里的高度,并将与中地球轨道和地球静止轨道上的现有卫星相配合。该项目计划在2023年启动,卫星星座可能会在2025年之前投入使用,但最早要到2027年年中才能提供全面服务。

据了解,该星座的60亿欧元成本中,有24亿欧元来自欧盟预算,一些欧洲国家政府和欧洲航天局预计将提供16亿欧元,私营部门将投资剩下的20亿欧元。

以欧洲通信卫星公司Eutelsat为代表的卫星运营商曾公开表示,目前卫星运营商规模太小,需要进行整合扩大规模,以便与大国政府支持的新来者有效竞争。

该公司在4.6万公里外的轨道上拥有39颗GEO卫星,目前为欧洲、非洲和中东的部分地区提供互联网服务,并已经发射了一颗名为Konnect VHTS的卫星。不过Eutelsat方面称,其卫星互联网服务定价“远远低于星链,非常适合在欧洲、中东和非洲地区瞄准的农村市场”。

后来居上的市场参与方,似乎更希望通过价格战比拼其他大国的卫星服务。

已经在地球上空35000公里以上拥有15颗GEO卫星的加拿大卫星运营商Telesat,也已选定欧洲制造商泰雷兹·阿莱尼亚太空公司(Thales Alenia Space),为自己制造名为“LightSpeed”的298颗LEO卫星,用于低地球轨道宽带网络。

据报道,Telesat在定价方面处于“最佳状态”,其LightSpeed项目将耗资50 亿美元。这比SpaceX和亚马逊的项目便宜得多,后者超过了100亿美元。

此外,位于非洲中东部的一个内陆国家卢旺达,也在OneWeb创始人格雷格・惠勒的协助下,提出了在低地轨道上发射32.7万卫星的计划。

文章来源:参考消息,泰伯网,中国经营报

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