睡前消息449期文稿：高流说航天（一）被马斯克甩开 想跟上就难了_风闻

大家好，2022年6月24日星期五，欢迎收看第449期睡前消息，请静静介绍话题。

第435期节目，我们提到美国波音的SLS火箭的历史地位类似于20世纪初期的无畏战列舰，虽然功能不弱，但技术上只是对现有成熟资源的整合，经济上很难产生足够回报，其他国家、特别是中国，可以在现有体制下，加大投入来追赶甚至超越。

同时，我们还说SpaceX的航天部门是划时代的产业奇迹，尤其是即将投入使用的“星舰”火箭，技术上有独家突破，经济上回报潜力大，可以滚动发展，更类似于正在开发2纳米制程的台积电。一旦中国被拉开差距，可能会限制大多数经济部门的发展。

这个说法很多观众并不同意。一些观众认为航天是附属于普通产业的科研部门，经济上缺乏直接效益，只需要有限投入、保持技术跟踪就可以。让美国公司暂时领先也不会产生严重后果。

督工你能具体解释一下对当前航天产业的判断吗？

这个问题全程都是高流同学在跟进。虽然他这几天困在家里出不来，但我还是让他远程解释一下。

过去20多年，世界经济的发动机是IT产业。中国、美国、韩国掌握了IT产业的核心节点，所以经济持续增长，而在IT产业中相对边缘化的日本、欧洲，虽然还有发达的工业，但经济地位明显下降。

现在IT革命的溢出效果开始放缓，新一代航天技术开始拉动其他产业，有成为经济发动机的潜力。中国可以暂时承认差距，不追求短期内赶超美国，但必须积极开发实用技术，培养自己的航天产业链。否则一旦落后，就可能像日本和欧洲那样，被隔离在新工业革命之外，彻底离开经济增长快车道。从最近的战争来看，新型航天技术不仅影响民用经济，还会影响军事领域。日本欧洲依赖美国的军事保护，可以不在乎，中国必须认真对待。

以往的产业革命，最重要的指标，就是核心设备的动力和工作精度。

第一次工业革命使用煤炭动力与毫米级加工精度，代表性设备是蒸汽火车。

第二次工业革命使用燃油动力、电力与微米级加工精度，代表性设备是喷气式飞机。

第三次工业革命使用新能源与纳米级加工精度，代表成果是风、光、核电设备与芯片。

现在SpaceX展示了前所未有的航天运力，提供了前所未有的轨道数据传输量，极有可能通过廉价重型火箭，加速以智能化物联网为代表的第四次工业革命，至少也是三代半工业革命。

有很多人不看好太空工业革命，最主要的理由是宇宙空间太远，去宇宙空间太贵，抵消了轨道设备的优势。但马斯克发射的几千颗星链卫星，距离地面只有几百公里，比大多数乡镇去附近的二线城市还要近。而且乡镇去大城市要绕过很多障碍物，卫星和地面之间可以直线传播数据。

几十年前的中国人很少坐飞机，最大的障碍不是机场的距离而是票价。现在大多数年轻人都要频繁坐火车去大城市，但不会直接购买空间技术服务，原因也是价格。最近几年，马斯克制造了廉价卫星，用廉价的交通工具把卫星送上天，空间技术必然会快速渗入日常生活。

传统的一次性火箭向近地轨道发射，每公斤载荷的运输成本超过1万美元，最便宜的长征3号乙与安加拉火箭，每公斤也要五千多美元。而且即使预算够花，总的运力也很有限。在马斯克之前，人类最强的航天发射周期出现在80年代。最高发射记录是苏联在1982年创下的，一年发射了106次，其中97次完全成功，2次部分成功。苏联的发射工具主要是联盟U、宇宙3M这些小运力火箭，总共发射了400吨物资进入宇宙空间，就算发挥这99次的极限运载能力，也就490吨。

现在SpaceX的廉价可回收火箭只开发了第一个稳定型号，猎鹰9刚刚能重复使用十几次，就把每公斤发射成本降到了2700美元。2021年猎鹰9发射了32次，成功率100%，近地轨道的极限投送能力达到730吨，比苏联极限投送能力高出一半。

而且冷战时期的火箭属于半手工的精密设备，马斯克的火箭都是能大量生产的廉价产品，技术稳定，可以高频率发射，本周刚刚实现了36小时发射三次，稍微加班就能每年发射1000吨物资上去。冷战时期的航天极限动员能力，已经被21世纪的私人公司完全碾压了。

现在世界各国的领空概念，主要用来约束大气层内的飞行器。大气层的边界有很多说法，但既然领空只在乎飞行器，所以各国只关心能产生升力或者浮力的那部分大气层。美国科学家冯·卡门计算确定，在85到100公里左右的高空，大气密度只有地表的二百万分之一，无论用什么发动机，无论用多大的机翼，也不可能再利用大气层托起飞行器。所以航空界把海拔100公里处的大气边界称为卡门线。紧靠卡门线的低轨道一方面利用不了升力，另一方面还要考虑极外层稀薄大气的阻力，所有的飞行器都只能临时占用，所以过去的惯例就把卡门线确定为领空边界。

1966年，联合国通过《外层空间条约》，规定外太空属于全人类共有资源，可以自由开发，只有地球同步轨道这种稀缺资源才需要国际协商分配。紧靠卡门线的低轨道利用率低，所以实行先占先得规则。现在SpaceX公司有了每年上千吨的发射能力，可以承受不断在近地轨道更换卫星的代价，实际上是在各国领空边界外布置了永久的飞行器编队。如果我们不尽快在技术和发展方向上超越冷战水平，就会眼睁睁看着掌握廉价航天能力的组织垄断这份资源。

而且SpaceX公司的技术还在持续发展，用猎鹰9超越冷战水平，只是马斯克航天计划的第一步。几个星期内，SpaceX星舰即将正式测试，如果能成功，就要完全颠覆航天产业的基本逻辑了。

星舰火箭的每公斤发射成本可以压到200美元以下，只有传统发射成本的几十分之一，预计会像铁路取代马车带动沿途商业一样，激发全世界的航天发射需求。星舰的近地轨道极限投送能力预计达到200吨，按照SpaceX现在的发射密度，每年送到近地轨道的物资能接近一万吨，可以近似算成70亿地球人每人一克还有余，十万人的城市每年就能给自己发射一颗100公斤的专用卫星。

廉价而普及的卫星，首先会改变人类的信息传播方式。

卫星在大气层外的高空，和地面设备之间没有障碍物，所以覆盖范围大；卫星周围都是真空环境，所以卫星相互交换数据不受大气干扰。自从人类拥有航天发射能力，各国最主要的应用就是通信卫星。

过去发射一颗卫星不容易，必须用上很久才能回收成本，所以要抬高卫星轨道，让卫星远离散逸的大气分子，减少运行阻力，尽量延长使用寿命。最好是能把卫星放到同步轨道上，相对地面静止，可以连续发射信号。所以当时的卫星距离地面用户往往有几千甚至上万公里。

为了保证远距离传递信息的可靠性，当时的通信频率比较低，降低了信息传输效率。过去几十年轨道数据总量的增长，主要是靠提高集成电路加工精度，提高单颗卫星的数据通量，几乎占满了C频段与Ku频段资源。

现在摩尔定律逐渐走到尽头了，集成电路能力提高有限，要进一步发展轨道通信，只能开发低轨道卫星。但低轨道卫星要承受极外层散逸大气的阻力，隔几年就会坠落，如果各国靠现在的航天发射能力去补充，最多只能搞总量几十、上百颗的中小型通信星座，比一个大国的作战军舰还要少，不可能直接对接普通用户。

马斯克的第一代星链卫星，就能用流水线制造，单个成本只有50万美元，年产量4000颗，和中国拥有的民航客机数量差不多，直接把通信卫星变成了大众产品。今后几年，随着星舰火箭和星链二代卫星投入使用，通信卫星数量和质量还会进一步上升。

廉价卫星的技术并不复杂，中国如果想仿造，完全可以更便宜，毕竟马斯克自己都到中国开工厂造电动车。但我们现在的发射能力不够，所以卫星也一直没有进入大规模生产阶段，制造环节保留了大量人工操作，实现不了模块化与通用化。目前国内对标星链的工厂，规划产能只有每年300到500颗，实际上基本不可能全速生产。

产量上不去，价格就下不来，生产一颗第一代星链水平的卫星要3000多万人民币，成本和马斯克相差近十倍。如果跟不上航天运力革命，以后我们制造和发射航天器的效率，会和美国产生几十倍的差距。

现在SpaceX的火箭已经可以重复利用十几次，前几年嘲笑可回收火箭技术路线的人基本不说话了，全世界已经基本上公认马斯克拥有最廉价的发射能力。

但同时很多人指出，马斯克创造的火箭发射能力，明显超出了现有的全世界卫星市场规模。所以马斯克只能用星链卫星填满剩下的火箭空间，是创造需求来缓解过剩。而星链本身不赚钱，用户少，付费不足，是一个必然亏损项目，恰好证明了当前没必要大力发展航天工业，高流你怎么看？

星链目前有40多万用户，每台终端599美元，月租110美元，这么算下来一年服务费才5亿多，算上终端也不到7亿。而星链全部建设费用要差不多300亿美元，回款要半个世纪。考虑到卫星设计寿命只有5年，每年都要更新几十亿美元的卫星才能维持运行，看上去星链确实是个赔本生意。

但现在算出来亏损，是用刚刚启动的营业收入减去全部航天发射费用。初期建设花不了那么多钱，随着时间推移，营业收入会上升，而发射费用还能明显下降。

星链现在的40多万用户看着不多，但涨势很猛，有一大半用户是今年上半年新开发的。只算发达国家，星链潜在用户起码就有几百万，可以贡献每年50亿美元左右的现金流，基本覆盖星链的更新成本。而星链下一步的目标是进军第三世界，开发下沉市场。

现在世界上还有70%的陆地没有被互联网覆盖，30亿人用不上互联网。如果用地面骨干网去覆盖这些地区，就算居民能支付成本，也要几十年才能全面建成基础设施。星链服务全面铺开之后，很多第三世界国家立刻就可以全国上网，这很可能会导致穷国放弃地面网规划，完全依赖星链。

对于这些落后地区来说，不用每户都有星链终端。每个村子安装一台，就能明显提高信息化水平，让居民融入世界分工。本来这个潜在市场是华为、中兴这些企业的，现在星链抢先进去培养用户习惯了。

星链到现在发射了不到50次，组网2600多颗。重复使用的猎鹰9火箭，单次发射成本已经降到1500万美元，算上卫星费用，接下来再发射5000颗，花40亿美元，就能用7500颗卫星全球组网，支撑500万个终端。就算每年要再发射30次补网，维持费用也就12亿美元。500万个终端每年交66亿年费，回本周期可以压缩到按月计算。所以马斯克一点都不担心亏损，他当前的技术能力已经可以做到盈亏平衡了。

如果星舰测试成功，以后单次发射能送300多颗一代星链卫星上天，而成本只有1000多万美元，等于每颗卫星的发射成本3万美元，几乎可以忽略。到这一步，马斯克想要几万颗星链，没有任何压力。所以说现在的SpaceX只是对各国航天机构制造威胁，而星舰技术成熟之后，世界上其他航天机构的主要任务就是自娱自乐了。星链公司到现在还没上市，完全靠私募资金运行，一个原因就是马斯克相信将来可以通过更好的财务数据，搞到更多的钱。

中国现在已经建设了发达的地面通信骨干网，明显压低了接通地面网络的成本。而且因为是国企负责建设，最偏远的乡镇也能享受电信和网络服务。中国还有必要再发展类似于星链的低轨卫星系统吗？

最近几年，国内大力推动5G产业化，但地面基站往往只能覆盖几百米，尤其是国内运营商往往要利用现有基站，把5G天线安在4G的下面，覆盖半径进一步缩减到三百多米。如果指望地面基站去覆盖城市区，全国至少要修600万个5G基站，每年电费就要2400亿，而三大运营商一年利润才1500多亿。

所以5G商业化普及在技术上缺乏可行性，对普通人来说也没有比4G更强，只能在一些重点工业环境发挥作用。5G下一步发展，最理想的选择就是用低轨5G星座组网。用可回收火箭和类似于星链的通信卫星覆盖地面。

中国电信企业的发展目标不仅仅是国内市场，还有国际市场。开发国际市场就要考虑跨国、跨大洲的信息干线建设。现在星链正在通过卫星彼此联系搭建全球信息传输体系，相对地面网络的优势不仅仅是节省了光缆和基站，很可能干线传输效率也全面压倒地面网络。

传统的卫星轨道高，彼此间距大，所以通信使用无线电信号，用低频率换可靠性。而星链的轨道低，彼此间距小，可以使用激光通信。对于远距离通信来说，频率越高，信息传输效率越高，激光通信就意味着高密度信息流。

目前地球上98%的国际互联网通信靠海底光缆，海底光缆也是用激光传输信号。但是光缆毕竟是固体，传输衰减很大，不到100公里就要做一次信号中继。而且海底光缆结构复杂，每公里要花几万美元，全世界500多条国际海底光缆占用600亿美元的固定投资，经常被渔船或者其他海底施工破坏，和星链系统比，无论是建设还是维护，都没有成本优势。

对于激光来说，太空环境的信号衰减很小，星间激光链路可以用小功率实现宽频谱通信，传输速率接近每秒100Gb。这虽然还比不上单条光缆的容量，但是星链可以用几百颗小卫星替代一条海底光缆，成本更低，信息流更灵活。平时信息流基本沿着地球表面的大圆方向前进，节约距离。万一某个卫星出问题了，网状信息流随时可以分散到周围的卫星，对整个互联网没有任何影响。所以只要有随时补廉价卫星的能力，星链系统早晚要取代现在的地面光缆体系。

另外，太空中的光速，高于光纤的光速；星链接力构成的大圆折线，长度小于地表绕路的光缆，所以要追求极限速度的话，星链可以提供更低的信号延迟，对高频金融交易有决定性影响。依靠更低的延迟和更可靠的抗干扰能力，星链早晚会拿到大多数金融机构的高利润订单。

地面网络靠线路传输只能点对点，会有大量通信盲区，而低轨星座能实现全地形通信。过去一直有人说星链终端只能固定在某个地点，没法服务运动目标，在车上和飞机上都不太好用。但目前达美航空正在测试机载星链终端，精品航空（JSX）公司已经和星链公司签约，给乘客提供上网服务。此前美国军方也在C-130运输机与KC-135加油机上测试了星链通信。

能高质量服务运动目标，就有军事应用潜力。基层单位信息化是打现代战争的前提。和前线有深入信息交互能力的火炮，胜过十倍的传统炮兵。几个月之前，马斯克给乌克兰送去了1万多台星链终端，让乌克兰的炮兵能分散打游击战，单次作战压缩到半小时以内，在俄国飞机到来之前，给俄国重装部队制造严重损失。俄军也尝试过对星链做电磁干扰与黑客攻击，但是星链公司总是很快就完成远程升级，抵消俄国的干扰。这说明星链系统的安全性值得信任，至少能抵抗一个常任理事国的信息入侵。

现在的乌克兰军队，大多数武器还是苏联留下来的，核心火力输出靠传统炮兵，所以宏观上星链只能提供一定的威力加成，还做不到完全颠覆战场规则。将来如果是大国之间直接对抗，应用低轨星座控制无人机和地面单位，拥有更多上下行带宽的一方，就能在战场上集中更高密度的无人装备，用蜂群战术形成压倒性优势。中国未来的国防，也需要考虑星链的影响，更需要建设自己的低轨道高密度星座。

前面只分析了星链的通信能力，但是目前的星链通信模块只使用了卫星不到一半的功率。星链卫星的综合利用潜力还很大。星链叠加信号拦截天线，就是电子侦察星座；星链叠加红外相机模块，就是近地红外预警星座，可以用几亿美元的成本严密监视全球导弹发射；星链叠加合成孔径雷达，就能实现对地面状态的全程监视。

哪怕星链卫星只是加一个星钟，像吉利汽车开发的小卫星一样，做低轨导航增强，也能够支撑全地形自动驾驶，提高特斯拉汽车的竞争力。这些军民技术叠加起来，就是美军下一代太空体系架构的升级版。马斯克的野心，绝对不只是给全世界提供通信服务。

现在星舰火箭技术马上就要成熟了，未来的太空发射成本，可能会降低到每公斤200美元左右，每吨20万美元，和地面上很多高价值装备的制造成本差不多。以后人类送到地球轨道上的东西，并不一定是搜索和转发信息的卫星，还可能是利用太空环境做实体产业的新型工厂。

冷战期间，美苏都设想过用桁架结构拼装轨道车间，只是过去发射成本高，派人上去安装的风险也大，所以只能在科幻电影看到太空工厂。现在可回收火箭降低了送配件上天的成本，星链提供了低时延通信网，地面上就能操纵空间机器人建造轨道工厂。这样的工厂，最直接的功能是回收拆解其他轨道上的废弃卫星，用很低的成本重新投放到指定轨道。比如美军“凤凰计划”，就准备在太空靠组装方式建设大型卫星，维修甚至拆解其它卫星，目前已经开展了一些初步试验。

在太空造卫星还只是地面传统产业的延伸。太空工厂最大的潜力，是利用失重环境，制造地面上无法生产的无瑕疵产品。比如说，在地球上生产高精度的标准球形历来是工业难题，而在太空中，液体金属靠表面张力，就能自然凝结成毫无瑕疵的球形，明显降低精密机械轴承的阻力。其他金属零件制造，如果能排除重力影响，也可以达到地球上无法接近的精度，减少零件内部的有害应力，还能生产良率更高、理论上无限大的单晶制品。中国之前租用欧洲设备，已经多次验证了微重力下金属加工的优点，只是缺乏马斯克的廉价发射能力，所以一直停留在实验阶段。

另外，最近几年对普通人影响最大的技术进步来自生物制药领域，这也是一个急需失重环境的行业。地面上的实验室受到重力影响，培养细胞的时候，重力会把细胞集中到容器一侧，挤在一起，中间的细胞吸收不到养分，代谢废物也会堆积在一起，细胞很容易就会死掉，所以小规模培养也要不断搅拌，这又给培养细胞增加了额外的复杂条件。到了失重环境，细胞始终悬浮在培养介质中，可以在单个容器内做稳定的规模化生产。

又比如说，现在分离细胞、做药物提纯，一般是用层析法，俗称“过柱子”。还有一种思路是靠电场分离，也就是电泳法。但是电泳有加热效果，在重力环境下会制造热对流，同时还受到重力沉淀影响，所以往往只能用微管去电泳，影响生物工厂的效率。

之前空间站与航天飞机上的实验结果证明，在太空用电泳法从肾细胞中分离尿激酶，效率比地面工艺高6到10倍；从血浆分离血浆蛋白，效率是地面的700倍。同样规模的制药生产线，轨道车间产量是地面的几十倍。现在制药行业高利润产品的有效成分，都是按克甚至按毫克计算的，只要发射成本足够低，制药企业就愿意租用马斯克的火箭，自己造一个空间站工厂。

在研发方面，开发新药，首先要理解构成人体和药物的蛋白质分子结构，这需要让蛋白质结成完美晶体。而在地面环境下，蛋白质结晶总是有瑕疵的，只有空间站能提供稳定的廉价无重力环境。最近几年，美国、日本频繁在空间站做蛋白质结晶实验，等到马斯克的廉价发射能力跟上来，生物公司肯定不会放过。

太空生产的这些优点，都是基于基本物理规律就能看到的好处，所以自从第一颗人造卫星上天，各个工业部门就开始设想轨道工厂。只要有人能提供廉价发射服务，所有工业部门都会一拥而上，给太空计划提供无穷无尽的投资。马斯克高频率发射星链，已经让很多企业蠢蠢欲动，如果星舰火箭能连续成功实验几次，很快我们就会发现头顶上都是轨道生产车间。

我还是要重新提到一个数字，现在的空间站高度只有400公里左右，而火箭发射入轨只需要不到十分钟，比外卖还快。轨道空间是一个距离我们非常近的地方，往往要比附近的中心城市还近。如果让美国独家垄断廉价发射能力，这些肉眼可见轨道工厂就是身边的竞争者，用更低的成本占领几乎所有高科技产业。中国作为世界第一工业大国，必须对廉价航天产业的发展前景有足够警觉。

依靠SpaceX和其他几个商业航天公司，现在美国的可回收火箭技术远远领先世界。你希望中国也发展类似的廉价航天技术，中国是不是应该学习美国，全力发展市场化航天产业？

市场化航天的成功只是结果，是具体航天项目的落实单位。我们的确希望中国也出现本土化的SpaceX公司，但首先要建设一个中国版的NASA，甚至是加强版的NASA。

因为苏联解体和美国SpaceX公司的成功，很多人对各国航天产业的发展模式有错误的理解，往往会把苏联模式看做政府主导模式的代表，把马斯克和美国看做市场化航天的代表。实际上，美国航空航天局NASA是政府单位，更是全世界独一无二的强势航天管理机构。苏联和其他国家的航天机构，都应该向NASA学习航天管理经验，对整个产业进行更严密，更深入的控制，才可能培养出中国的SpaceX，发挥中国现有工业体系的优势。

这方面内容，我下次分析航天话题的时候再深入介绍。

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