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马斯克要发4.2万颗卫星,5G之外通信新战场,中国版星链迫在眉睫

在疫情肆虐的2月,大部分人都待在家里或是远程办公,中国西昌卫星发射中心却一直在保持工作。3月9日长征三号运载火箭成功发射北斗三号GEO-2卫星,这使北斗三号卫星导航系统全球组网只差最后一步,最后一颗卫星将于今年5月发射。

北斗全球组网是2020年的一件大事。本质上来说,北斗作为广播式卫星导航系统,从技术上全人类有一套就可以,目前美国已有GPS,但基于“美国有的我们也得有”,所以即使有了GPS,北斗也依然要尽快完成全球组网。

随着两个大国之间的角力——大国竞争时,航天永远是非常重要的一环,所以下一步业界判断,“星链(Starlink)”的竞争也会同样被摆上议程。

用最简单的话来介绍星链(或者说“天基互联网”)——在太空地球低轨上,通过一个由大量卫星相互连接而组成的星座,来为全球提供5G级别的高速互联网服务。

为什么星链在2020年特别重要?因为它不仅仅是构想,而是美国今年就要实现了。

2018年2月,马斯克用“重型猎鹰”把一辆特斯拉Roadster跑车发射进太空,奔向火星轨道。

星链所在的地球低轨轨道,与传统卫星所在的地球静止轨道

对于广播电视来说这种延迟无关紧要,对于电话来说可能有点作用,但对于金融业例如高频交易,或是一些医疗和技术应用场景,速度至关重要。

这个计划的缺点是,因为离地球更近,要想覆盖同样面积,需要更多卫星。例如SpaceX疯狂的星链计划,预计向太空发射4.2万颗卫星。自人类有能力向太空发射物体开始,目前有接近9000个物体被发射到地球轨道上,但星链计划将是全人类已有发射量的5倍。

紧随SpaceX步伐的是OneWeb,它的星链规模较小,但提出的时间更早,OneWeb的理念是连接那些还未连接互联网的人。在2019年早些时候,OneWeb发射了6颗卫星,它还与空中客车合资成立了一家公司,并建立了一条供应链来生产卫星,批量生产将降低卫星的制造成本。

OneWeb在2016年准备用720颗卫星实现低轨覆盖,但在2020年1月又追加了1260颗的申请,这些将在2021年之前完成第一阶段部署。OneWeb的计划是先对发达国家地面网络未覆盖的中小型企业开展B2B卫星通信服务,之后再对偏远地区提供服务。不过OneWeb没有发射火箭的能力,需要采购其他公司的服务。

亚马逊提出了自己的星链计划Kuiper项目,但至今还未发射任何卫星,而且处于早期研发阶段,亚马逊计划发射3236颗近地轨道卫星。

不过亚马逊在地面基础设施方面领先一步,因为这些卫星还不能直连手机,需要在地面设有简易站点,亚马逊AWS还推出了将卫星与云计算连接起来的新业务。另外亚马逊创始人贝索斯也是狂热的火箭与太空探索爱好者,他投资了蓝色起源Blue Origin。

“一箭60星”在火箭内排列

星链所在的低轨资源十分重要

在地球低轨300km-1000km的轨道高度上,美国的SpaceX与OneWeb等公司达成共识,认为在保证星链安全的前提下,大概能容纳5万颗卫星,小火箭的邢强博士也同意该数字。

SpaceX在1.2万颗的基础上,立即又补申请了3万颗,总共规划数量变成了4.2万颗。加上OneWeb和亚马逊申请的4000多颗,总数目卡在5万颗。这意味着留给后发国家的空间越来越狭小,轨道资源将成为一个重要门槛。

对于中国来说,这个局怎么破?我们是不是要参考美国的经验,大力扶持民营力量,还是把所有压力都给国家的长征或者快舟系列火箭?这个运力足够吗?

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SpaceX的星链计划为什么能够实现?

SpaceX颠覆了什么?

SpaceX成立于2002年,是一家“很老”的公司,由特斯拉创始人埃隆·马斯克(Elon Musk)创建。马斯克极富有冒险精神,他认为美国航天机构深受官僚主义束缚,造成航天发射费用居高不下。

SpaceX成立之初的目标就是,把航天发射的成本降到美国政府经营所需费用的十分之一,以及将太空运送物资和人员的风险也同步减少至以往的十分之一。

在SpaceX成立初期,国际火箭发射市场主要由美国联合发射联盟(ULA,波音与洛马合资设立的企业)与法国阿里安(Arianespace)所垄断,单次轨道发射的价格高达2.2亿美金。SpaceX在2010年首次成功发射Falcon 9(猎鹰)火箭,以阿里安发射报价的三分之一进入商业火箭市场,一举打破垄断。

可回收火箭的技术发展可以追溯到1972年,这项技术比NASA的航天飞机回收更难,因为航天飞机的返回是利用气动力,垂直起飞水平着陆,但可回收火箭是垂直降落。这项技术前苏联也有大量研究,但真正的工程化实现,是SpaceX完成了。

SpaceX之所以能这么创新,与创始人马斯克充满冒险精神的个性、公司工程师文化密不可分。只有民营公司,对成本更加介意,才会从源头上去思考如何是真正的提高效率,比如用什么化学燃料来节省电推进系统的成本。SpaceX对失败的容忍度,是波音、洛马,包括中国大部分公司目前都做不到的,这使SpaceX做了一系列大胆尝试,当然也炸了不少火箭。

“一些人质疑SpaceX收到了NASA的大量技术,但其实这种说法是很外行的。”邢强说,对于美国工程师来说NASA的很多技术都是公开的,NASA没有给SpaceX提供太多独享技术,最大的帮助就是在SpaceX快没钱的时候,给了16亿美元的货运订单。

“民营公司一定要走不一样的道路,如果你去开发跟国家队一样的产品死磕没有意义。”商业小卫星服务商天仪研究院创始人杨峰认为,“SpaceX一直都是一家不一样的公司,它是在被人质疑和嘲笑的道路上走出来的。”

很明显,中国航天也需要这样“搅动市场的鲶鱼”。

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星链会替代5G吗?

星链作为天基互联网,它与地基互联网(比如通过地面光缆连接的5G)会是什么关系?

大部分接受我们访谈的投资团队同事,与被投的相关领域公司都认为,未来用户无需关心信号是怎么传输的,而手机会自动转换,就像现在2G/3G/4G/5G之间的切换一样,会在地面光缆和太空低轨卫星的信号之间自动切换。

地面天文台拍摄出了星链卫星的轨迹,这破坏了观测

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中国版星链将为一级市场提供哪些投资机会?

自2019年5月24日SpaceX“一箭60星”发射成功开始,中国对星链的重视开始加速。

此前,中国有两大国企——航天科工集团提出的“虹云工程”,和航天科技集团提出的“鸿雁星座”,都是中国版的星链计划。但随着SpaceX 2020年的密集发射计划,仅靠“虹云”和“鸿雁”(今年会有新的重大举措),可能不足以支持中国对星链急迫的需求。

中国的航天产业比较特殊,与芯片和半导体不同,中国航天从一开始就在发展核心技术,因为这些技术必须独立研发,技术积累是芯片和半导体不能比拟的,没有重大短板,一旦民营放开发展速度会很快。

从全球发射次数上来看,总发射次数在上世纪六、七十年代,每年都是过百的,原因在于这是一个美苏太空争霸的时代,除了军事卫星,任何卫星只要有一方有,另一方也要有,要互相制衡。苏联解体后,美国很多事情就放缓了。

后来美国的运载火箭和航天飞机,都遇到了很大挫折,导致航天进入了低谷期,一直持续到21世纪。21世纪前10年,全世界的航天发射次数没有一年超过100次。但奥巴马政府提出了“重返月球”计划,特朗普政府甚至要登陆火星。

按照全球航天业的发展经验,行业格局一般是由两家龙头公司,占据整个商业太空产业的70%;龙头之后会有第二梯队,3-5家公司占据20%的市场份额;最后剩下的10%市场,会有数百家一起分,主要是配套类。

中国未来的行业格局也将类似。所以在现阶段,考察一家公司的价值,主要看有没有自己的核心技术和人才储备。

例如,对于运载火箭来说,有没有自己的液体火箭发动机研发技术、有没有火箭的总体设计技术,有没有制导控制技术,需要从这三个方面来判断。

因为对于火箭和卫星产业来说,一般分为三个发展阶段:最先就是技术开拓,例如SpaceX掌握了火箭可回收技术;然后是产品线调整的阶段,例如当SpaceX掌握了低成本发射火箭的方法后,开始搞卫星,仅用了一年时间,就从没有一颗卫星,到全球最大的在轨卫星运营商;最后就是巩固垄断地位,大量接收商业公司或政府军方的订单。当年波音和休斯公司的发展,也遵从了这样的轨迹。

而在卫星产业,差异化竞争非常重要。现在中国有200多家卫星企业,如果在初期跟国家队硬刚,直接就会被碾死。所以这些公司要么选择技术产品的差异化,例如天仪研究院从空间科学实验突破,再涉足与国家队不一样的遥感、通信业务。至于远期,整个行业大概率是通信导航遥感融合。

另一种是盈利模式差异化,国家队做总体,而创业公司逐渐成为核心供应商,做“小市场里的大玩家”。

在国际市场,商业航天占整体3/4还多一点,政府只占不到1/4,但中国目前90%是国企。随着美国商业航天带来的快速发展肉眼可见,中国的红利期其实非常明显。三年之后,民营企业将不再是国家队的补充。如果民营航天出现了中型推力的液体运载火箭,届时中国商业航天的市场增量将极其客观,预计可以分得20%-30%的市场份额,“谁的订单量大就是核心指标了。”

美国从90年代铱星计划,后来破产被收购,再重新发展起来,再到SpaceX,在马斯克和贝索斯之前,有太多人在这个市场开垦,已经成为比较成熟的市场,但中国航天仍然封闭在两大国有集团内部,其实是一片急需开垦的土地。

看好星链的人会认为,星链很像当年的移动互联网,当时也很难想象未来手机App和二维码的普及。星链会激发100-200公斤量级的卫星大量出现,它们可关联的业态将非常多。

马斯克用“重型猎鹰”把一辆特斯拉Roadster跑车发射进太空全程回顾。近年来人类向外太空探索将进入新周期。

在商业航天领域,经纬投资了国内领先的电推进系统提供商遨天科技,它为卫星提供推力的先进技术;国内领先的卫星大数据商业化落地企业佳格天地,在全球率先将目标智能识别和机器深度学习技术应用于遥感影像;国内领先的空间资源开采服务商起源太空;国内领先的多功能、低成本小卫星星座建设者天仪研究院;国内首家成功入轨的民营火箭公司星际荣耀,亦是国内首家实现“一箭多星”的民营公司……(以上排名为公司名首字母音序)在这个高速发展的萌芽阶段,我们期待与优秀的、有探索精神的公司携手去探索。

如果您正在航天领域创业,欢迎与我们聊聊,可以联系黎竹岩(zhuyan.li@matrixpartners.com.cn)。如果您对本文有独特的见解与想法,也可以联系刘一鸣(yiming.liu@matrixpartnners.com.cn)。

References:

1、《小火箭对SpaceX星链计划低轨巨型星座的分析》[M/OL],小火箭微信公众号(ixiaohuojian),感谢邢强博士的分析;

2、中金公司,《SpaceX:从颠覆式创新到星际旅行》