編者按：1962年9月12日，肯尼迪總統(tǒng)發(fā)表了激動(dòng)人心的“我們選擇登月”的演說，把新邊疆概念放在了開發(fā)太空上，從而讓美國在與蘇聯(lián)的太空競(jìng)賽中勝出，實(shí)現(xiàn)人類的首次登月。而今天的硅谷創(chuàng)業(yè)者們則在這個(gè)新太空時(shí)代，開拓著屬于我們這代人的新邊疆，讓太空離我們普通人不再那么遙不可及。
20世紀(jì)50年代，美國和蘇聯(lián)相繼將人造衛(wèi)星送入太空，從而揭開了太空時(shí)代的序幕。如今，新的創(chuàng)新技術(shù)和硅谷創(chuàng)業(yè)者正創(chuàng)造新的太空時(shí)代。
卡納維拉爾角突然升起的光芒
日落后不久，距離美國佛羅里達(dá)州卡納維拉爾角(Cape
Canaveral)18公里遠(yuǎn)的地平線上，突然出現(xiàn)刺眼的光芒，且還在緩緩上升。實(shí)際上，那是比20層建筑物更高的機(jī)器(重量超過550噸的火箭)正拔地而起。它最初從容不迫地將云層染成青銅色，隨著火箭攀升到云端之上，它的速度陡然加快，發(fā)動(dòng)機(jī)的轟鳴聲、排出氣體形成的筆直線條，都顯示出其精確軌跡。
發(fā)射2分21秒后，火箭來到大西洋上空61空里處，那里依然有良好的視野，第一級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉。美國太空技術(shù)探索公司SpaceX制造的“獵鷹9號(hào)”火箭后兩級(jí)開始分離。第二級(jí)中的單引擎開始點(diǎn)火，推動(dòng)貨物以更快速度向東飛去，迅速在視野中消失。分離9分鐘后，第二級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉，此時(shí)火箭已經(jīng)到達(dá)地球以上240公里的軌道上，以每秒7.5公里的速度運(yùn)行。2天后，運(yùn)載補(bǔ)給和科學(xué)設(shè)備的貨船被送達(dá)國際空間站。
圖1：火箭發(fā)射示意圖
然而壯觀的場(chǎng)景還未結(jié)束。在海拔100多公里高空分離后不久，第一級(jí)火箭依然在持續(xù)爬升，并將激活其內(nèi)部三個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)以改變方向。它到達(dá)軌跡最高點(diǎn)，然后開始落向地球，發(fā)動(dòng)機(jī)所在位置朝向地面。降落過半距離后，三個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)重新點(diǎn)火，以便經(jīng)過緩沖幫助火箭重新進(jìn)入地球大氣層。
在降至海拔大約10千米空中時(shí)，這段火箭的速度依然超過音速，引擎最后一次點(diǎn)火。與發(fā)射時(shí)不同，回歸的火箭上不再載有衛(wèi)星。明亮的光芒直沖向地平線。在到達(dá)地面時(shí)，其基座中噴出平緩的火花。4個(gè)著陸腿慢慢陷入混凝土墊中。1秒鐘后，不斷發(fā)出的音爆信號(hào)標(biāo)志著其8分鐘的旅程結(jié)束。
SpaceX開發(fā)新火箭探索太空
2017年將是人類首次見證衛(wèi)星被發(fā)送到軌道上60周年的年份。1957年10月5日，蘇聯(lián)發(fā)射的第一顆人造衛(wèi)星Sputnik1從哈薩克斯坦飛入夜空。這種敲擊“天堂大門”的行為至今依然是令人感到興奮。盡管隨著時(shí)間推移，“天堂”的訪客越來越多。
在首顆衛(wèi)星發(fā)射升空后15年后，人類又登上月球，從此進(jìn)入了“一切似乎皆有可能”的時(shí)代。盡管贏得了太空競(jìng)賽，但是美國人似乎沒有看到隨之而來利益。美國開發(fā)出航天飛機(jī)，希望讓太空旅行變得更廉價(jià)、更可靠，成為常態(tài)。從1981年到2011年間，美國航天飛機(jī)已經(jīng)進(jìn)入太空100多次以實(shí)現(xiàn)不同的目標(biāo)，盡管其間發(fā)生了2次悲慘事故。
但是前兩個(gè)目標(biāo)顯然沒有實(shí)現(xiàn)，進(jìn)入太空依然充滿了危險(xiǎn)，且費(fèi)用依然高昂，只有政府和通信公司因?yàn)楦髯圆坏靡训睦碛?，才繼續(xù)保持太空探索?，F(xiàn)在，伊隆·馬斯克(Elon
Musk)于2002年創(chuàng)建的SpaceX正試圖提供廉價(jià)、可靠、常規(guī)性的太空旅行。它也是自從20世紀(jì)80年代以來，使用最新設(shè)計(jì)火箭進(jìn)入發(fā)射行業(yè)的首家私人公司。
盡管7月份在卡納維拉爾角為國際空間站運(yùn)送補(bǔ)給任務(wù)已經(jīng)進(jìn)行了數(shù)百次，但卻是SpaceX第二次成功回收第一級(jí)火箭。馬斯克始終保持創(chuàng)新步伐。在今年年末或明年年初，他的公司計(jì)劃發(fā)射重型火箭Falcon
Heavy，它將使用3個(gè)回收的助推器作為動(dòng)力。與今天的運(yùn)載火箭相比，F(xiàn)alcon Heavy攜帶的有效載荷更多。
此外，SpaceX也在開發(fā)更強(qiáng)大的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。到2017年結(jié)束前，SpaceX計(jì)劃將人類游客送上國際空間站，這將是除了波音之外首家實(shí)現(xiàn)這個(gè)里程碑的私人公司，波音與美國宇航局簽署有類似合同。
這個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展前景十分可觀，因?yàn)镾paceX目前只有一個(gè)競(jìng)爭(zhēng)者，也就是亞馬遜老板杰夫·貝索斯(Jeff Bezos)創(chuàng)建的Blue
Origin。這家公司擁有亞軌道火箭New Shepard，可以進(jìn)入太空邊緣后返回地面，與SpaceX的“獵鷹9號(hào)”的工作原理類似。Blue
Origin也計(jì)劃明年實(shí)現(xiàn)載人飛行。
硅谷創(chuàng)業(yè)者的激情夢(mèng)想
許多開發(fā)非載人火箭的新公司也正進(jìn)入火箭發(fā)射領(lǐng)域。然而，這些新火箭并非唯一令人感到興奮的最新進(jìn)展。在20世紀(jì)80年代和90年代期間，進(jìn)入太空的高昂費(fèi)用導(dǎo)致許多制造商縮小用于各種衛(wèi)星發(fā)射的火箭，從而創(chuàng)造出“小型衛(wèi)星”。自從那以來，衛(wèi)星發(fā)射受到計(jì)算和電子技術(shù)的推動(dòng)。這也為從事“舊工作”和競(jìng)爭(zhēng)新機(jī)遇開辟了新的方式。
美國政府的GPS定位系統(tǒng)共由24顆衛(wèi)星組成，它可能代表了世界上最重要的太空資產(chǎn)，對(duì)美國軍隊(duì)和數(shù)十億智能手機(jī)用戶來說至關(guān)重要。美國建造當(dāng)前規(guī)模的GPS系統(tǒng)用了20年時(shí)間。可是現(xiàn)在，許多微型衛(wèi)星公司正考慮在一兩年內(nèi)發(fā)射相當(dāng)于GPS系統(tǒng)幾倍規(guī)模的系統(tǒng)。
這些衛(wèi)星都將在低地軌道運(yùn)行，但并非所有的小型航天器都會(huì)停留在地球附近。到2017年末，總部位于美國佛羅里達(dá)州的私人初創(chuàng)企業(yè)Moon
Express，計(jì)劃向月球遞送10公斤有效載荷，包括登陸車。屆時(shí)，這家公司將成為首家登陸月球的商業(yè)公司。其他公司也在探索使用小型衛(wèi)星探測(cè)小行星，并進(jìn)行采礦的可能。
盡管現(xiàn)在還沒有任何一種技術(shù)能夠?qū)⑦@些勃勃雄心緊密聯(lián)系起來，但硅谷正在對(duì)其進(jìn)行探索。即使現(xiàn)在大多數(shù)用于太空探索的資金依然來自政府或老牌電信公司主導(dǎo)的項(xiàng)目，但太空旅行正從政府采購和航空工程巨頭轉(zhuǎn)向風(fēng)險(xiǎn)資本支持的初創(chuàng)企業(yè)，這些企業(yè)希望為更多的客戶提供更便宜的服務(wù)。
隨著這些企業(yè)證明自己可以賺錢，它們將發(fā)展得越來越快。但在很多情況下，賺錢并非唯一目標(biāo)。這些企業(yè)的創(chuàng)始人都認(rèn)為，進(jìn)入太空可以讓更多人類受益。馬斯克希望在20年內(nèi)在火星上建立永久居住地。貝索斯希望將來數(shù)百萬人能在太空中工作。盡管這些愿望還未實(shí)現(xiàn)，但馬斯克和貝索斯等人的努力可能讓太空重新成為充滿可能和機(jī)遇的領(lǐng)域。
大量廉價(jià)小衛(wèi)星或改變太空產(chǎn)業(yè)
但是如果沒有實(shí)質(zhì)性的努力，這些機(jī)遇和可能都只不過是過眼云煙。除了新的創(chuàng)業(yè)意識(shí)和超凡的企業(yè)方針，還需要對(duì)制造衛(wèi)星的技術(shù)進(jìn)行徹底改進(jìn)。
在美國加州帕羅奧圖市，有一家工廠自從蘇聯(lián)發(fā)射Sputnik那年就開始制造衛(wèi)星，比任何人都更早聽說過硅谷。這家公司名為SSL，已經(jīng)制造了100多顆通信衛(wèi)星，其中81顆至今依然在正常運(yùn)行。這些衛(wèi)星結(jié)構(gòu)基本相同：直徑1.2米的圓筒被裝進(jìn)正方形盒子中。衛(wèi)星承擔(dān)的任務(wù)越多，其盒子建造得越高，太陽能電池板越長，天線和反射鏡陣列就越大越復(fù)雜，也就能為地球上的客戶發(fā)送更多數(shù)據(jù)。
圖2：SSL衛(wèi)星張開機(jī)翼
已經(jīng)接近完成的Sky Muster
II是SSL制造的最大衛(wèi)星。它將為澳大利亞人口稀疏的地區(qū)提供寬帶通信服務(wù)，豎起來身高9米，擁有復(fù)雜的反射鏡陣列，可以調(diào)整服務(wù)。
目前，通信衛(wèi)星行業(yè)主要由Eutelsat、Inmarsat、Intelsat以及SES四大運(yùn)營商占據(jù)主導(dǎo)地位，它們的大多數(shù)收入源自那些需要通過衛(wèi)星發(fā)送電視信號(hào)的公司。有時(shí)候，它們也通過提供傳輸數(shù)據(jù)和移動(dòng)通信服務(wù)賺取收入。SSL工程與運(yùn)營主管保羅·埃斯蒂(Paul
Estey)說，這些運(yùn)營商需要更多類似SSL這樣專業(yè)的航空公司幫助。
衛(wèi)星發(fā)射行業(yè)充滿了創(chuàng)新，但也常常會(huì)規(guī)避損失。SSL最小的通信衛(wèi)星售價(jià)也要達(dá)到1億美元左右，最大的則高達(dá)3億美元。再加上1億美元的發(fā)射費(fèi)用，其發(fā)射的衛(wèi)星可能需要10年才能產(chǎn)生收益。由于這些衛(wèi)星被送入危險(xiǎn)的太空環(huán)境中，需要運(yùn)行許多年，幾乎沒有修復(fù)的可能，為此任何存在重大風(fēng)險(xiǎn)的新技術(shù)都會(huì)被謹(jǐn)慎應(yīng)用。
沿著101公路行駛1小時(shí)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)另一家截然不同的工廠Planet，它最近因?yàn)镻lanet
Labs而名聲鵲起。這家工廠占據(jù)了舊金山南市場(chǎng)區(qū)一棟破舊的建筑中，巨大的空間里放滿了可用于制造30厘米長衛(wèi)星的各種桌子和工具，每個(gè)小衛(wèi)星重約5公斤。你會(huì)發(fā)現(xiàn)，許多零部件來自其他設(shè)備，其中最顯眼的就是智能手機(jī)。制作這種Planet所謂的Dove衛(wèi)星需要一周時(shí)間。
在房間的后面，有數(shù)十個(gè)已經(jīng)打好包裝準(zhǔn)備出貨的小型衛(wèi)星。這預(yù)示著全新的太空業(yè)務(wù)模式，即小物體，大數(shù)量。Dove只是被稱為“立方體衛(wèi)星”家族的一部分。20世紀(jì)90年代，美國斯坦福大學(xué)和加州州立理工大學(xué)圣路易斯奧比斯波分校的研究人員意識(shí)到，將小衛(wèi)星進(jìn)行某種程度的標(biāo)準(zhǔn)化將讓它們更容易發(fā)射。
為此，科學(xué)家們制造出被稱為1U的標(biāo)準(zhǔn)立方體盒子，它配有電子和物理接口，可以安裝在分配器上，作為“二次有效載荷”發(fā)射。這種標(biāo)準(zhǔn)化已經(jīng)取得成功，到2013年初，已經(jīng)有100多顆立方體衛(wèi)星被放飛，設(shè)計(jì)和建造它們的工具也被大量開發(fā)出來。
Planet創(chuàng)始人克里斯·博淑珍(Cdivis Boshuizen)、威爾·馬紹爾(Will Marshall)以及羅比·辛格勒(Robbie
Schingler)認(rèn)為，立方體衛(wèi)星將成為衛(wèi)星行業(yè)的基礎(chǔ)。2010年初在美國宇航局阿姆斯研究中心工作時(shí)，他們就曾研究加入3U(3個(gè)1U端端相連)立方體衛(wèi)星的最大望遠(yuǎn)鏡到底能做什么。
安裝在國際空間站這樣的低軌道上，并將其指向地球，這種望遠(yuǎn)鏡可以拍攝分別率5米以下的照片，這幾乎與許多公司利用更大望遠(yuǎn)鏡和更大衛(wèi)星拍攝的照片相當(dāng)。但是3U立方體衛(wèi)星可以數(shù)十甚至數(shù)百地部署在太空中。對(duì)于某些領(lǐng)域，比如農(nóng)業(yè)監(jiān)測(cè)，這些小衛(wèi)星將收集到的絕對(duì)信息可大幅提高信息準(zhǔn)確性。
2014年，首批28顆Dove立方體衛(wèi)星已經(jīng)通過國際空間站放飛。此次發(fā)射在Planet的總部以煎餅早餐慶祝，自此后每次發(fā)射都舉行類似慶祝活動(dòng)。Planet目前運(yùn)行著63顆立方體衛(wèi)星，它們的能力受到體型限制，但該公司稱其技術(shù)復(fù)雜性可與任何衛(wèi)星媲美。他們支持有前途的商業(yè)模式。馬紹爾說，Planet目前有100多個(gè)客戶，它們都依賴Dove發(fā)回的數(shù)據(jù)?？蛻魯?shù)量將大幅增加。
Planet的成功部分源于成本持續(xù)降低和消費(fèi)電子產(chǎn)品能力提高，特別是智能手機(jī)組件。智能手機(jī)銷量已經(jīng)達(dá)到數(shù)十億部，它們?cè)隗w積和功耗方面的改進(jìn)非常明顯。但是如果沒有不停地改進(jìn)衛(wèi)星的意愿，這些東西都沒用。截止到今年6月份，Dove已經(jīng)經(jīng)歷了14次升級(jí)。如今，Dove上配有不同的攝像頭、新的天線、根據(jù)特斯拉電動(dòng)汽車的鋰離子電池組重建了電子和電力系統(tǒng)。
Dove衛(wèi)星現(xiàn)在可以看出四色帶，而原來只能分辨三色帶。它們?cè)谧晕叶ㄎ缓椭赶蚍矫嬗辛撕艽蟾倪M(jìn)。馬紹爾表示，與5年前相比，Dove在性能上提高了100倍。這種迅猛的創(chuàng)新在硅谷十分常見，但在衛(wèi)星領(lǐng)域卻是首次出現(xiàn)。
風(fēng)險(xiǎn)與機(jī)遇共存
但要想以這種方式做事，需要冒著與當(dāng)前大而昂貴的衛(wèi)星疏遠(yuǎn)的危險(xiǎn)。Planet已經(jīng)估計(jì)到，其部分創(chuàng)新可能會(huì)失敗。Planet知道，從國際空間站放飛的Dove只有很短的壽命，運(yùn)行9到18個(gè)月后就會(huì)重新落入地球大氣層燒毀。這種態(tài)度加快了Planet的進(jìn)步，并提高了公司整體韌性。
一顆巨大的通信衛(wèi)星可能與整個(gè)公司的命運(yùn)息息相關(guān)。比如首顆廣播電視衛(wèi)星Astra1A于1998年被歐洲首枚Ariane
4火箭送入軌道時(shí)，傳媒大亨魯珀特·默多克(Rupert
Murdoch)就表示，如果這顆衛(wèi)星失敗，他新建的Sky廣播業(yè)務(wù)將遭到滅頂之災(zāi)，其媒體帝國的其他業(yè)務(wù)也將受到影響。
Planet曾遭遇過兩次“厄運(yùn)”，其Dove因發(fā)射失敗而墜入地球燒毀。只有公司創(chuàng)始人擁有冒險(xiǎn)精神，這家公司才會(huì)信奉同樣的哲學(xué)。這是創(chuàng)辦制造廉價(jià)小行星的企業(yè)獲得另一個(gè)經(jīng)驗(yàn)。Planet所需的資本相對(duì)較少，很容易從硅谷天使投資人和風(fēng)投機(jī)構(gòu)籌集到足夠資金。而且其衛(wèi)星重僅幾公斤，只需要1000個(gè)零部件即可組裝，成本僅需數(shù)千美元。
到目前為止，已經(jīng)完成三輪融資的Planet獲得的投資總額為1.58億美元，相當(dāng)于購買SSL一顆衛(wèi)星的價(jià)格。航空航天分析機(jī)構(gòu)Tauri
Group發(fā)布數(shù)據(jù)顯示，在2001年到2005年之間，全球太空業(yè)務(wù)獲得的風(fēng)險(xiǎn)投資僅為1.86億美元。而到2011年到2015年之間，太空行業(yè)獲得的風(fēng)投總額已達(dá)23億美元。半數(shù)投資者都來自美國加州，大多數(shù)資金都被投入到研發(fā)小型衛(wèi)星或發(fā)射這些衛(wèi)星所需的裝置中。在涉及到相關(guān)技術(shù)方面，風(fēng)投資本家們?cè)絹碓礁械椒判摹?/p>
圖3：太空花費(fèi)示意圖
類似Planet這樣的公司，企業(yè)愿望基本相似。正如航空航天分析機(jī)構(gòu)Tauri
Group報(bào)告指出的那樣，新一波太空公司能夠?qū)⒆约和其N給風(fēng)投機(jī)構(gòu)，它們的優(yōu)勢(shì)基本相同：系統(tǒng)成本降低、新產(chǎn)品用戶大幅增加，特別是數(shù)據(jù)產(chǎn)品。
時(shí)尚是另一個(gè)因素。就像Dove，它正吸引硅谷投資者的興趣。在過去幾年SpaceX取得的成功，已經(jīng)讓太空成為特別吸引人的領(lǐng)域。這些新的資本來源看起來正幫助產(chǎn)生更多更好的衛(wèi)星。7月份，咨詢機(jī)構(gòu)Euroconsult估計(jì)，從2016年到2025年之間，大約有3600顆小型衛(wèi)星將被發(fā)射升空，其中2000顆來自風(fēng)投機(jī)構(gòu)支持的地球觀測(cè)公司。
而包括資金雄厚的大公司，則希望進(jìn)一步推動(dòng)小型衛(wèi)星革命。今天的大型通信衛(wèi)星基本上都在地球上空3.6萬公里軌道上。這是因?yàn)?，只有達(dá)到這個(gè)高度，這些衛(wèi)星才能24小時(shí)覆蓋地球。但這也意味著，從地面上觀看，這些衛(wèi)星似乎靜止在天空中。而衛(wèi)星距離地面越近，傳輸數(shù)據(jù)的速度越快。在3.6萬千米高空，傳回地球的無線電信號(hào)會(huì)延遲1/4秒，許多應(yīng)用為此出現(xiàn)問題。
而通信衛(wèi)星通常放棄低地軌道的優(yōu)勢(shì)主要有兩大原因。軌道越低，你就需要更多衛(wèi)星確保始終能在地面上看到它們，因?yàn)樾l(wèi)星在天空中移動(dòng)要求接收器能夠追蹤它們。盡管今天的接收器已經(jīng)可以通過電子追蹤衛(wèi)星，但這種技術(shù)同樣有著苛刻的要求。
OneWeb是Intelsat、維珍集團(tuán)以及空客聯(lián)合推出的衛(wèi)星聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目，其靈感源自現(xiàn)代天線可以克服大多數(shù)通信問題，而且小型衛(wèi)星也可以解決覆蓋問題。OneWeb項(xiàng)目計(jì)劃向地球上空1200千米軌道發(fā)射648顆衛(wèi)星，為地球上提供無盲點(diǎn)的無縫通信服務(wù)。其商業(yè)計(jì)劃則是覆蓋發(fā)展中國家為重點(diǎn)的地域。對(duì)于它來說，任何地方都不再屬于偏遠(yuǎn)地區(qū)，其首顆衛(wèi)星將于明年發(fā)射。
這絕非立方體衛(wèi)星或初創(chuàng)企業(yè)能夠完成的龐大計(jì)劃。OneWeb需要數(shù)十億美元資金支持，其原型正在空客公司位于法國圖盧茲的工廠中制造。在美國佛羅里達(dá)州，OneWeb和空客也在建立工廠，計(jì)劃在那里每天制造4顆150公斤的衛(wèi)星，它們都使用高度自動(dòng)化系統(tǒng)。與當(dāng)前世界任何衛(wèi)星系統(tǒng)相比，OneWeb的衛(wèi)星數(shù)量將更多。
盡管在技術(shù)上屬于雄心勃勃的項(xiàng)目，但OneWeb同時(shí)也面臨著許多競(jìng)爭(zhēng)。谷歌正在研究在平流層安置氣球，為發(fā)展中國家提供互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)。世界最大社交網(wǎng)絡(luò)Facebook也在研發(fā)聯(lián)網(wǎng)太陽能無人機(jī)。
當(dāng)前通信衛(wèi)星行業(yè)也正加強(qiáng)關(guān)注。在谷歌，OneWeb創(chuàng)始人們?cè)邪l(fā)名為O3B的系統(tǒng)，即為沒有聯(lián)網(wǎng)的另外30億人提供數(shù)據(jù)服務(wù)。但他們離開后，這個(gè)系統(tǒng)還在繼續(xù)推進(jìn)。當(dāng)其完成時(shí)，它將由20顆運(yùn)行在地球上空8000千米的衛(wèi)星組成。今年夏季，四大通信衛(wèi)星運(yùn)營商之一的SES谷歌和其他原始合作伙伴手中獲得這個(gè)項(xiàng)目的完全控制權(quán)。
與此同時(shí)，SpaceX也計(jì)劃打造自己的低地軌道通信系統(tǒng)，它或許要由4000顆衛(wèi)星組成。這個(gè)項(xiàng)目需要使用的衛(wèi)星，可能需要當(dāng)前地球軌道上運(yùn)行的所有衛(wèi)星總數(shù)之和的3倍。
地球觀測(cè)衛(wèi)星正在改變世界
從工程野心、操作的復(fù)雜性和資金要求這些層面來看，大型通訊衛(wèi)星群對(duì)地球觀測(cè)的變革性影響超過了小型衛(wèi)星。但就改變世界的潛力來看，兩者的影響力或許恰恰相反。
衛(wèi)星在通訊業(yè)所占的比例很小，但它們對(duì)某些行業(yè)至關(guān)重要，例如多頻道電視。在價(jià)值2萬億美元的電信業(yè)中，衛(wèi)星僅占據(jù)很小的比重，但依舊舉足輕重。O3B、OneWeb等項(xiàng)目的目的是為30億無法上網(wǎng)的人提供互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，這類項(xiàng)目對(duì)這些處在世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展邊緣的人而言不失為一大福音。目前能夠以各種方式實(shí)現(xiàn)連接的智能手機(jī)對(duì)計(jì)算機(jī)業(yè)和通訊業(yè)帶來了巨大的變革，衛(wèi)星也將像智能手機(jī)那樣，成為另一股變革力量。地球觀測(cè)正在經(jīng)歷的一切開啟著全新的篇章。
在過去60年間，太空業(yè)讓人類對(duì)地球的看法發(fā)生了四次徹底的改變。
首次改變發(fā)生在20世紀(jì)60年代早期，間諜衛(wèi)星可以偵察指揮中心想要監(jiān)視的任何地方，甚至深入敵方領(lǐng)地。衛(wèi)星讓處在冷戰(zhàn)中的國家得以掂量彼此的核力量和其他軍事力量，或監(jiān)視對(duì)方對(duì)軍備控制協(xié)議的執(zhí)行情況。
阿波羅宇航員拍攝的地球照片引發(fā)了第二次變化。這些照片讓人類首次從太空的角度欣賞自己的家園，我們的地球同死氣沉沉的月球和無盡虛無的太空形成了鮮明對(duì)比，雖然看起來渺小，但極其美麗和珍貴。這些照片加快了人類推行環(huán)保政策的腳步。
第三次變化源自GPS衛(wèi)星，它們讓智能手機(jī)、汽車甚至集裝箱等現(xiàn)代設(shè)備或運(yùn)輸工具能夠進(jìn)行精確的自我定位，人們無論身處何處都能了解自己的位置，這成為導(dǎo)航、Uber打車應(yīng)用等服務(wù)所需的關(guān)鍵技術(shù)。
目前我們正在經(jīng)歷第四次變化。衛(wèi)星等技術(shù)的進(jìn)步從地球身上獲得了海量數(shù)據(jù)，我們可以從中篩選出有用信息，并通過分析和推斷來獲取有效的結(jié)論。
Doves
Planet公司的Doves衛(wèi)星能夠以很高的頻率提供地球所有區(qū)域的圖像。該公司的野心有望很快就能實(shí)現(xiàn)，即利用太陽同步軌道(圖4)在每天的同一時(shí)刻拍攝地球的所有地方。舊金山的立方體衛(wèi)星公司Spire另辟蹊徑，它提供的服務(wù)并非觀測(cè)地球表面，而是聆聽無線電訊號(hào)。通過要求每艘輪船安裝持續(xù)發(fā)出位置信號(hào)的發(fā)射器，不久以后Spire有望掌握地球上每艘輪船每小時(shí)的位置數(shù)據(jù)。
圖4：太陽同步軌道
西雅圖初創(chuàng)公司BlackSky的衛(wèi)星體型比Doves大，它的光學(xué)觀測(cè)儀器因體積更大而能夠?qū)崿F(xiàn)更高的分辨率(大約1米)，這意味著BlackSky衛(wèi)星能夠清晰拍攝汽車之類的對(duì)象，這在很多領(lǐng)域具有重大意義。這類衛(wèi)星還可拍攝自身環(huán)繞軌道以外的對(duì)象，不僅限于軌道正下方的范圍。該公司希望通過60枚軌道各不相同的衛(wèi)星，在90分鐘內(nèi)生成地球北緯55度和南緯55度之間所有區(qū)域的俯拍圖。該公司還提供不同分辨率和重復(fù)訪問衛(wèi)星圖的組合服務(wù)。
云存儲(chǔ)和云處理技術(shù)在這場(chǎng)變革中扮演著重要角色。Doves
Planet公司投入巨資建設(shè)信息傳輸設(shè)施，旨在從12個(gè)地面衛(wèi)星接收站收集原始數(shù)據(jù)，并把這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為有用的產(chǎn)品。但它需向云計(jì)算公司按需購買存儲(chǔ)和處理能力。沒有云服務(wù)的話，初創(chuàng)公司根本無力處理衛(wèi)星每天產(chǎn)生的以太字節(jié)為單位的海量數(shù)據(jù)。
新市場(chǎng)同樣重要。20世紀(jì)90年代在美國創(chuàng)立的地球觀測(cè)公司都擁有一個(gè)專業(yè)級(jí)的大客戶——知名度不高的美國國家地理空間情報(bào)局(National
Geospatial?Intelligence
Agency)。該機(jī)構(gòu)位于維吉尼亞州。這些公司通過向該機(jī)構(gòu)出售高分辨率的衛(wèi)星圖賺了不少錢，但這一局面幾乎無法推動(dòng)這一行業(yè)的多樣化發(fā)展。業(yè)界中各個(gè)公司最終合并成DigitalGlobe，后來DigitalGlobe蓬勃發(fā)展，成為全球領(lǐng)先的高分辨率地球影像服務(wù)商。每隔幾年它都會(huì)發(fā)射一顆高性能的高分辨率衛(wèi)星，今年九月，它將再發(fā)射一顆衛(wèi)星升空。但政府訂單仍然超過其銷量的半數(shù)。
新創(chuàng)立的衛(wèi)星公司也會(huì)向政府出售衛(wèi)星影像產(chǎn)品，但它們幾乎都不依賴政府訂單。它們把自身快速發(fā)展的希望寄予在一類客戶身上。這類客戶以往從未使用過衛(wèi)星數(shù)據(jù)，但希望通過衛(wèi)星數(shù)據(jù)來尋求某些問題的答案。使用這類數(shù)據(jù)的衛(wèi)星公司和第三方機(jī)構(gòu)都向機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)投入了巨資，這類技術(shù)能夠通過分析云存儲(chǔ)的海量數(shù)據(jù)以及識(shí)別其中的變量來解決某些實(shí)際問題。
上述技術(shù)的結(jié)合能夠讓航運(yùn)公司準(zhǔn)確獲知所有船只的位置;通過城市擴(kuò)展、交通或夜間照明狀況來跟蹤經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況;每日為再保險(xiǎn)公司更新與其風(fēng)險(xiǎn)組合產(chǎn)品相關(guān)的數(shù)據(jù)變量;向期貨交易者告知整塊大陸的作物生長情況，或向農(nóng)場(chǎng)主告知某塊地的作物生長情況;把衛(wèi)星數(shù)據(jù)和其他地理參照數(shù)據(jù)相結(jié)合，以制作災(zāi)難事件、示威游行、火災(zāi)和慶典等的現(xiàn)場(chǎng)俯拍圖;了解新澤西州收費(fèi)公路上的汽車數(shù)量。
海量的數(shù)據(jù)似乎擁有無窮無盡的潛力，這類數(shù)據(jù)幾乎能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)更新，讓整個(gè)世界以越來越詳盡的細(xì)節(jié)呈現(xiàn)在人類面前，還能學(xué)會(huì)自發(fā)地識(shí)別各種各樣的物品和現(xiàn)象。
除了各種新穎用途外，一些舊式的預(yù)測(cè)方法也將得到革新。除了接收地面上的無線電信號(hào)外，Spire公司的衛(wèi)星還能接收美國24枚GPS衛(wèi)星以及歐洲、俄羅斯和中國部署的衛(wèi)星的傳輸信號(hào)。由于軌道不同，地球有時(shí)候會(huì)位于兩顆衛(wèi)星之間，而無線電信號(hào)在被地球完全阻隔之前會(huì)穿透部分大氣層。信號(hào)消失在大氣層中的檢測(cè)數(shù)據(jù)可用來計(jì)算兩顆衛(wèi)星之間區(qū)域的溫度和氣壓，從而為天氣預(yù)報(bào)提供一種全新的極有價(jià)值的原始數(shù)據(jù)來源。Spire目前擁有12顆衛(wèi)星，它希望在年底前把衛(wèi)星數(shù)量增至44顆。將來如果Spire擁有的衛(wèi)星數(shù)攀升至1000顆，那么每天它將能夠制成10萬張大氣斷面圖——數(shù)個(gè)太字節(jié)的寶貴數(shù)據(jù)。
太空競(jìng)爭(zhēng)僅靠降低成本就夠嗎?
圖5：火箭類型
降低太空發(fā)射任務(wù)的成本并不是最重要的目標(biāo)。數(shù)十年來，降低發(fā)射成本似乎是太空旅行取得進(jìn)展的一大要素。太空愛好者把大幅降低成本視為實(shí)現(xiàn)更多太空壯舉的關(guān)鍵。這是SpaceX公司吸引業(yè)界大量關(guān)注的原因之一。該公司最近取得的前沿成就讓競(jìng)爭(zhēng)成本大幅下降，并使自己占領(lǐng)太空發(fā)射市場(chǎng)的大塊領(lǐng)地。SpaceX對(duì)回收火箭的不斷嘗試有望持續(xù)削減發(fā)射成本。
小型衛(wèi)星的興起說明，這種過分倚重成本的思路太過簡單。如果每千克太空設(shè)備的性能能夠大幅提升，那么哪怕發(fā)射成本不發(fā)生變動(dòng)，太空任務(wù)的成本也會(huì)隨之下降。對(duì)于小型衛(wèi)星而言，創(chuàng)新最為重要，有沒有什么新型的發(fā)射渠道卻是次要的。
火箭實(shí)驗(yàn)室(Rocket
Lab)公司的服務(wù)目標(biāo)就是這個(gè)市場(chǎng)。今年晚些時(shí)候，該公司的電子(Electron)火箭將從新西蘭北島首次發(fā)射升空。電子火箭的研制獲得了硅谷的資助，按照設(shè)計(jì)，它能夠把150千克的收費(fèi)載重發(fā)送至太陽同步軌道中，費(fèi)用不超過500萬美元。這一價(jià)格同加拿大公司Spaceflight收取的費(fèi)用一樣。Spaceflight提供的是“搭便車”服務(wù)，即讓小型衛(wèi)星作為二次有效載荷(secondary
payloads)搭載在火箭上升空。
相較而言，火箭實(shí)驗(yàn)室的每千克3.3萬美元報(bào)價(jià)聽起來頗為昂貴，因?yàn)楂C鷹9號(hào)火箭把1千克的物資送往低軌道的價(jià)格不超過前者的十分之一。但要與SpaceX合作的話，客戶需要委托運(yùn)送大批物資，例如，支付至少6200萬美元讓獵鷹9號(hào)火箭承載20噸的物資。而且預(yù)約還需數(shù)年時(shí)間，早有一列長長的客戶隊(duì)伍在等待。對(duì)于一些四處比價(jià)尋求價(jià)格適宜的“順風(fēng)車”服務(wù)的小規(guī)模公司，它們的任務(wù)是在數(shù)月內(nèi)把立方體衛(wèi)星等對(duì)象發(fā)射到正確軌道中，火箭實(shí)驗(yàn)室或Spaceflight公司的500萬美元報(bào)價(jià)則聽起來更具吸引力。
哪怕載荷要求不高，研制面向小型衛(wèi)星的、單位成本低的火箭是具有挑戰(zhàn)性的。火箭實(shí)驗(yàn)室公司的CEO彼得?貝克提及了批量生產(chǎn)、新型制造技術(shù)、材料以及新理念等幾大因素。他不打算為第一級(jí)和第二級(jí)火箭設(shè)計(jì)不同的發(fā)動(dòng)機(jī)，而是采用盡可能少的設(shè)計(jì)。無獨(dú)有偶，SpaceX針對(duì)獵鷹9號(hào)火箭也采取了同樣的省錢之道并驗(yàn)證了這種方法的可行性：相較制造幾類設(shè)計(jì)各不相同的發(fā)動(dòng)機(jī)，制造同一種發(fā)動(dòng)機(jī)更節(jié)約成本?；鸺龑?shí)驗(yàn)室在發(fā)動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)過程中也利用了3D打印技術(shù)，并采用重量更輕的碳復(fù)合材料制造燃料箱，這有助于減少發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)重。此外，它還開發(fā)了一些獨(dú)有技術(shù)，例如，使用電池供能的泵把燃料和氧化劑推送到發(fā)動(dòng)機(jī)中。
由SpaceX一些資深老手創(chuàng)立的螢火蟲(Firefly)公司正在研制一種微型衛(wèi)星運(yùn)載火箭阿爾法(Alpha)。該公司采用了類似的材料，但針對(duì)如何把燃料推送至發(fā)動(dòng)機(jī)中設(shè)計(jì)了不同的方法，也在第一級(jí)火箭中運(yùn)用了一種新穎的發(fā)動(dòng)機(jī)組設(shè)計(jì)方案。理查德?布蘭森的維珍銀河公司也參與了這一市場(chǎng)。該公司最早想開放亞軌道太空之旅，但這一計(jì)劃由于墜機(jī)事故暫時(shí)擱淺?，F(xiàn)在維珍銀河正計(jì)劃利用發(fā)射器1號(hào)(LauncherOne)火箭來發(fā)射小型衛(wèi)星，這種火箭由經(jīng)改裝的波音747運(yùn)送，而且方式很特別——位于波音747的機(jī)翼下方。
擁擠的太空
在初期，SpaceX的焦點(diǎn)也是放在小型火箭上。2007年首次飛天的獵鷹1號(hào)同電子火箭差不多大小。但就當(dāng)時(shí)而言獵鷹1號(hào)太過前沿，可以說是生不逢時(shí)。SpaceX的COO格溫?肖特韋爾表示，當(dāng)時(shí)存在對(duì)獵鷹1號(hào)的需求，但市場(chǎng)并不成熟。但幸運(yùn)的是，與NASA簽訂的為國際空間站運(yùn)送物資的合同讓獵鷹9號(hào)的研制成為可能。SpaceX的產(chǎn)品開始涉及大型火箭和太空船后，就毅然告別了小型衛(wèi)星市場(chǎng)，并把業(yè)務(wù)拓展到曾經(jīng)由歐洲衛(wèi)星發(fā)射聯(lián)盟阿麗亞娜太空中心(Arianespace)主導(dǎo)的大型衛(wèi)星市場(chǎng)中。這一市場(chǎng)的常見業(yè)務(wù)是把重達(dá)數(shù)噸的通訊衛(wèi)星發(fā)往地球同步軌道中。
批量生產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)和其他創(chuàng)新方法讓SpaceX在成本上極具競(jìng)爭(zhēng)力。但降低成本對(duì)SpaceX的幫助終究是有限的。
出于國家安全的考慮，俄羅斯、中國、日本、印度和歐洲都在大力發(fā)展各自的火箭業(yè)。SpaceX是否能夠擴(kuò)大大型火箭市場(chǎng)的整體規(guī)模，這個(gè)問題并不太重要，但火箭成本通常低于它所運(yùn)載的衛(wèi)星成本，降低總成本才是應(yīng)該考慮的方向。讓火箭制造成本減少1000萬美元或2000萬美元意義不是很大。
因此就小規(guī)模發(fā)射任務(wù)而言，削減成本無法為SpaceX帶來多大的商業(yè)利潤。當(dāng)前該公司并未計(jì)劃進(jìn)軍其他新市場(chǎng)。小型衛(wèi)星星座又不入它的法眼。獵鷹9號(hào)一次發(fā)射任務(wù)就可以媲美火箭實(shí)驗(yàn)室在一年內(nèi)發(fā)射50顆衛(wèi)星的業(yè)務(wù)。真正規(guī)模算大的小型衛(wèi)星星座當(dāng)屬OneWeb通訊系統(tǒng)，而OneWeb項(xiàng)目已與Arianespace和維珍銀河(OneWeb發(fā)起人持有這兩家公司的股權(quán))簽訂了發(fā)射合同?；蛟S因?yàn)槿绱耍琒paceX有意打造總數(shù)高達(dá)4000顆的通訊衛(wèi)星星座。如此規(guī)模的項(xiàng)目才能讓發(fā)射成本得到削減的獵鷹9號(hào)發(fā)揮真正的盈利作用。
機(jī)器人的角色：建設(shè)性與破壞性
關(guān)鍵不在于機(jī)器人本身，而在于如何利用它。
在地球上，有價(jià)值的資產(chǎn)會(huì)得到維護(hù)、升級(jí)和回收利用;也會(huì)得到保護(hù)，但偶爾有時(shí)候，會(huì)受到攻擊。這些都不曾在宇宙空間里發(fā)生。但所有這些都將成為可能。
衛(wèi)星會(huì)發(fā)生故障;最終，所有的衛(wèi)星都會(huì)耗盡燃料。機(jī)器人服務(wù)飛船(Robotic service
spacecraft)能對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行識(shí)別、抓取、操縱，使其免受這些問題。軍火、火箭及空間站制造商Orbital?ATK的總部在弗吉尼亞州，Orbital
ATK研發(fā)了一艘工作起來像一臺(tái)電動(dòng)代步車的飛船;這艘飛船載有一臺(tái)備用引擎以供不再能正常運(yùn)作的老飛船更換使用。Orbital公司希望這些飛船能延長那些已經(jīng)耗盡燃料但仍在產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)價(jià)值的通信衛(wèi)星的壽命，因此已和Intelsat簽訂了合同。
維持動(dòng)力的另一種方式是補(bǔ)充燃料。美國海軍研究實(shí)驗(yàn)室，美國宇航局和國防高等研究計(jì)劃署——五角大樓的先進(jìn)技術(shù)武器——正在開展多項(xiàng)宇宙飛船項(xiàng)目，這些宇宙飛船能為衛(wèi)星補(bǔ)充燃料，在軌道上使用各類工具和復(fù)雜的機(jī)械手臂來維修衛(wèi)星。
圖6：蜘蛛制造儀紡出一個(gè)平臺(tái)
還有一個(gè)更徹底的辦法是用已經(jīng)在軌道上運(yùn)行的機(jī)器人制造出新的飛船，而不是維修舊飛船。位于華盛頓州的Tethers
Unlimited公司在研發(fā)“蜘蛛制造儀(SpiderFab)”，“蜘蛛制造儀”結(jié)合了機(jī)械手臂和3D打印，其所造出的結(jié)構(gòu)比任何與發(fā)射器整流罩融合為一體的物體都要大和精致。衛(wèi)星制造者很熟練于折疊太陽能電池板和天線，從而把許多的飛船塞進(jìn)這些小空間里。但是復(fù)雜的展開步驟，連接點(diǎn)和空間準(zhǔn)確對(duì)接都可能增加費(fèi)用和風(fēng)險(xiǎn)，使得部分方法不可行。
類似蜘蛛制造儀的技術(shù)結(jié)構(gòu)可以改變通信衛(wèi)星行業(yè)。帶有巨大太陽能電池板和引擎的平臺(tái)能搭載完整的一套通信包，通信包體積會(huì)越來越小，發(fā)射頻率也會(huì)越來越高，從而使保持技術(shù)的先進(jìn)性和降低風(fēng)險(xiǎn)。
以上所有可能會(huì)對(duì)科學(xué)產(chǎn)生出乎意料的影響。太空于望遠(yuǎn)鏡而言，是個(gè)無比神奇的空間，但是又很難把一個(gè)大望遠(yuǎn)鏡發(fā)射上太空。計(jì)劃由美國宇航局和歐洲太空總署于2018年發(fā)射的詹姆士﹒韋布空間望遠(yuǎn)鏡所得到的預(yù)算為80億美元，預(yù)算之所以這么高的原因之一在于要折疊一塊一個(gè)網(wǎng)球場(chǎng)這么大的遮陽板，一塊6.5米長的拋光鏡面到5.4米長的亞利安五號(hào)運(yùn)載火箭整流罩里。龐大的結(jié)構(gòu)體和能讓許多小鏡片分布在一塊大區(qū)域里的技術(shù)結(jié)合后能取代一整塊巨大的鏡面，建造出更強(qiáng)大的器械。這些器械在觀察方面的表現(xiàn)可能優(yōu)于在陸地上的器械，例如能觀察并發(fā)現(xiàn)其他行星周圍的璀璨的星球。
機(jī)器人在太空的另一種用途是行星采礦。一些行星的運(yùn)行軌道和地球的運(yùn)行軌道非常相似，這使得宇宙飛船能消耗相對(duì)少量的燃料就能進(jìn)入軌道并在行星上著陸，而不需要耗費(fèi)從最初位置進(jìn)入軌道那么多的燃料。像許多科幻小說里的基本橋段一樣，在這些飛行的巖石和大山上采礦如今已經(jīng)進(jìn)入硅谷初創(chuàng)公司的日程。采礦的最大驚喜不在于收獲一塊稀有金屬(雖然一些稀有金屬的確能在行星上找到)，而在于收獲在太空中顯得非常有價(jià)值的是水。
宇航員需要水，還有氧氣，氧氣能通過水生成。宇航員和宇宙飛船都需要燃料：氫氣，水能生成符合要求的氫氣。一旦軌道上有一定數(shù)量的活動(dòng)發(fā)生，特別是涉及到人的行跡，涉及到從行星上獲取水源，部分行星上還能找到冰或含水礦物，那么這次從地球出發(fā)的旅程就變得更有意義。
當(dāng)然這些都需要時(shí)間，但是Deep Space Industries公司和另一家行星采礦初創(chuàng)公司Planetary
Resources最近談妥了一位不急功近利的投資者：盧森堡政府。盧森堡對(duì)太空了解甚少，但確是四大衛(wèi)星運(yùn)營商中的兩家，Intelsat和SES，的所在地。盧森堡政府十分有能力承擔(dān)這把投機(jī)，同時(shí)為有著激進(jìn)想法的少部分狂熱支持者提供一次聽訊。這個(gè)夏天盧森堡宣布兩家公司共同獲得2億歐元用于行星采礦項(xiàng)目。
太空垃圾
飄在太空中的垃圾越來越多，這是不容人類忽視的。在國際空間站及其下方的低軌道范圍內(nèi)，處理太空垃圾并不難，即，把它們拖到大氣層的外圍區(qū)域。在接下來的幾十年里，由于受到大氣的阻力，它們的軌道高度會(huì)不斷下降，最終在大氣層中被燒毀。正是由于這一原因，國際空間站需要定期提升高度。但在其他軌道中太空垃圾會(huì)不斷增多，例如，停止運(yùn)作的衛(wèi)星及其碎片，以及為實(shí)現(xiàn)火箭加速而被拋離的殘留部件。海拔700公里和900公里之間的軌道中太空垃圾最多，不過在這里它們相撞的幾率相當(dāng)?shù)汀Ｃ绹耖g組織安全世界基金會(huì)(Secure
World
Foundation)的布萊恩?維頓表示，每個(gè)衛(wèi)星年(satellite-year)發(fā)生撞擊的概率或許僅為1%。但已有衛(wèi)星因與太空垃圾相撞而報(bào)廢。發(fā)射升空的衛(wèi)星越多，相撞概率就越大，進(jìn)而產(chǎn)生更多的太空垃圾。如果放任不管的話，這個(gè)問題只會(huì)變得更嚴(yán)峻。維頓說，“這就像氣候變化一樣，等到太空垃圾真正演化為很嚴(yán)重的問題時(shí)，人類采取什么措施都為時(shí)過晚了。”
解決方法之一是讓衛(wèi)星在威脅來臨時(shí)更為“機(jī)敏”，并確保地面控制中心更高效地獲知衛(wèi)星的周邊狀況。美國軍隊(duì)利用雷達(dá)和望遠(yuǎn)鏡追蹤尺寸約大于10厘米的太空垃圾，并在它們接近正在運(yùn)行的衛(wèi)星時(shí)發(fā)出警報(bào)(地面雷達(dá)很難探測(cè)到太空中尺寸小于10厘米的物體。因此立方體衛(wèi)星的體積是出于慎重考慮而設(shè)計(jì)的，如果體積再小一些，就可能無法被地面設(shè)備追蹤到)。軌道軟件商Analytic
Graphics即將推出一種能夠滿足這類需求的服務(wù)。該公司使用較為廉價(jià)的商業(yè)技術(shù)來追蹤飄在太空中的物體，這在過去只有政府會(huì)去做。值得一提的是，Analytic
Graphics追蹤對(duì)象的數(shù)量不僅達(dá)到美國空軍的一半，而且自身的實(shí)力也在快速提升。
另一個(gè)解決方案是對(duì)太空垃圾予以清理，這時(shí)候就要?jiǎng)佑玫竭b控設(shè)備了。空中客車旗下的小型衛(wèi)星公司Surrey Satellite
Technology為歐洲航天局研制的一艘太空飛船將在2017年展開性能測(cè)試。這艘飛船的任務(wù)是在太空中利用網(wǎng)狀設(shè)備來“抓捕”附近已廢棄的立方體衛(wèi)星，把它拖到飛船旁，裝上可把它拉到大氣層中的裝置，這樣這類廢棄衛(wèi)星的最終歸宿是在大氣層中被燒毀。該公司也在探索一種利用錨鉤狀設(shè)備抓取太空垃圾的技術(shù)。同年，新加坡初創(chuàng)公司Astroscale計(jì)劃發(fā)射一顆衛(wèi)星用來更高效地監(jiān)測(cè)太空垃圾。2018年，Astroscale還計(jì)劃測(cè)試一種帶粘性貼片的、可把太空垃圾粘附在機(jī)身上的衛(wèi)星。
美國、中國和俄羅斯一直在研發(fā)反衛(wèi)星武器(ASAT)。但一旦啟動(dòng)這類武器，攻擊者是哪方一目了然?；蛟S可以讓秘密部署的小型衛(wèi)星靠近目標(biāo)衛(wèi)星并將之毀掉，這種神不知鬼不覺的方法讓人弄不清楚衛(wèi)星是遭到破壞還是出了故障。
為了近距離監(jiān)視本國的以及他國的衛(wèi)星，美國最近剛剛把一對(duì)小型衛(wèi)星送往地球同步軌道中。8月19日，又一對(duì)衛(wèi)星發(fā)射升空。但這種方法存在局限。美國國防部太空政策副助理秘書道格?洛韋羅表示，在太空中，人類更樂于攻擊，而不是防守。
洛韋羅提出三種可持續(xù)提升衛(wèi)星實(shí)力的方式。
一是采取積極防衛(wèi)措施，讓潛在敵方發(fā)動(dòng)ASAT襲擊的難度變大。
二是增強(qiáng)靈活性。商用服務(wù)商和美國同盟國在太空中部署的資產(chǎn)超過了以往任何時(shí)候。在常規(guī)活動(dòng)中或緊急情況下選用這類商業(yè)衛(wèi)星(而不是專屬于軍隊(duì)的太空設(shè)備)，這會(huì)讓敵方難以通過反衛(wèi)星武器發(fā)動(dòng)致命打擊，因?yàn)樘罩袚碛刑嗟臐撛谝u擊對(duì)象。
三是在地面上部署備用衛(wèi)星，若有急需，這些衛(wèi)星應(yīng)能夠在短時(shí)間內(nèi)發(fā)射升空。美國國防部高級(jí)研究計(jì)劃局(DARPA)的另一個(gè)太空項(xiàng)目XS-1希望通過商業(yè)團(tuán)隊(duì)開發(fā)可部分重復(fù)使用的發(fā)射系統(tǒng)，而且這類系統(tǒng)能夠在連續(xù)10天內(nèi)每天把重兩三噸的設(shè)備發(fā)往太空軌道中。這類研發(fā)有助于降低小型衛(wèi)星的花費(fèi)，并保障軍隊(duì)的太空實(shí)力。
一些被設(shè)計(jì)來打擊衛(wèi)星的系統(tǒng)或許也能實(shí)現(xiàn)其它用途。這類衛(wèi)星在大氣層以上的部分既定軌道中飛行時(shí)或許可用來攔截并摧毀洲際彈道導(dǎo)彈。20世紀(jì)80年代，美國的“星球大戰(zhàn)”項(xiàng)目提出了所謂的“靈巧導(dǎo)彈(brilliant
pebble)”計(jì)劃——數(shù)千顆精確制導(dǎo)的衛(wèi)星可用來識(shí)別并攔截正在升空的洲際彈道導(dǎo)彈。這類系統(tǒng)的可行性引發(fā)了熱議，直到克林頓政府削減了太空導(dǎo)彈防御開支。
從地緣政治層面來看，導(dǎo)彈防御依舊是個(gè)棘手的議題。目前，智能手機(jī)的處理能力等同于上世紀(jì)80年代的Cray超級(jí)電腦，初創(chuàng)公司發(fā)射的衛(wèi)星數(shù)以百計(jì)，從技術(shù)而言“靈巧導(dǎo)彈”計(jì)劃的可行性比過去提高了許多。在當(dāng)前的這種局勢(shì)下，押注太空防御確實(shí)具有很大的意義。此外，相較地面設(shè)施，通訊、導(dǎo)航、觀測(cè)以及太空設(shè)備提供的區(qū)域性或全球性服務(wù)明顯更具優(yōu)勢(shì)。然而，雖然這些技術(shù)在美國獲得了迄今以來的最大程度的研發(fā)，但并不是美國這個(gè)國家所獨(dú)有的。防御型和攻擊型的戰(zhàn)爭(zhēng)能否成為這些技術(shù)的“練兵場(chǎng)”，仍是未知數(shù)。
人類進(jìn)軍太空之夢(mèng)：阿波羅的孤兒
對(duì)于征服太空，人類似乎沒有迫切的需要，但我們將一如既往。
太空不一定會(huì)成為戰(zhàn)場(chǎng)，但并不是沒有先例。早在兩千多年前的《孫子兵法》中，先賢就明白制高點(diǎn)是兵家的必爭(zhēng)之地。對(duì)于武器設(shè)計(jì)師來說，空間軌道運(yùn)行帶來的強(qiáng)大動(dòng)能速度是太空帶來的禮物，因此關(guān)于太空的爭(zhēng)奪是冷戰(zhàn)的一種重要方式，而運(yùn)載火箭則是德國V2導(dǎo)彈的發(fā)展，也是洲際彈道導(dǎo)彈的近親。最初太空的英雄就是戰(zhàn)士，代表其國家在太空單獨(dú)作戰(zhàn)。
圖7：舒適的孤兒
早期的宇航員并沒有真正的技術(shù)或業(yè)務(wù)目的。他們的存在，如同他們的任務(wù)，都是象征意義上的。但這種象征意義對(duì)于全世界影響深遠(yuǎn)。在人造衛(wèi)星上天之前，科幻小說已經(jīng)將太空旅行作為未來人類超越自我，超越地球所限的一種方式，如果人類不能夠親身參與到太空探索之中，那么這種對(duì)未來的期望就毫無意義可言。冷戰(zhàn)中超級(jí)大國之間的競(jìng)爭(zhēng)也產(chǎn)生了同樣的渴望。如果太空探索是一場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，那么必然會(huì)有勝利者，這些勝利者必須應(yīng)該是人而不是機(jī)器，是成千上萬人為之努力而獲得的成績。他們的成功不僅激勵(lì)著祖國的同胞，也讓全世界仰視。
從某種意義上說，這種萬眾矚目激勵(lì)著人類做到這一點(diǎn)。20世紀(jì)60年代，當(dāng)時(shí)的孩童一代親眼目睹了阿波羅的登月之旅，對(duì)未來將要發(fā)生什么寄予期望。這種期望在未來的40多年不斷加深——渴望、不安、有時(shí)生氣，又渴望更多。紀(jì)錄片《阿波羅的孤兒》就講述了看待太空探索的故事：阿波羅登月之后，航天飛機(jī)的失敗、通信衛(wèi)星的發(fā)展、星球大戰(zhàn)計(jì)劃、國際空間站以及火星探測(cè)計(jì)劃，種種行動(dòng)沒有一樣能夠滿足他們。對(duì)于這種心理，不能簡單認(rèn)為需要更多的宇航員就可以了結(jié)。宇航員探索太空的腳步從未停止，因?yàn)樗麄冇X得一旦放棄就是自信掃地。對(duì)于獨(dú)行俠來說，他們無法被滿足，是因?yàn)樗麄兿Ｍ詈絾T能夠盡快能對(duì)太空進(jìn)行更深入的探索。人類的太空計(jì)劃總是停留在第軌道太空，這完全無法滿足這些獨(dú)行者的愿望。
很多人希望探究太空探索的“下一步是什么”，從而回答自己的問題。許多人參與太空探索的最大東西并不是利潤，而是拓展人類的影響范圍和由此帶來的強(qiáng)烈渴望。他們能夠激發(fā)自我潛能，能力遠(yuǎn)大于賺錢和服務(wù)人類社會(huì)。然而，太空探索的實(shí)現(xiàn)依靠的不僅僅是硬件的進(jìn)步和豐富的想象。當(dāng)然，世俗技術(shù)的進(jìn)步能夠是這些人更加富有，更好地向著自己的目標(biāo)前進(jìn)。
伊隆?馬斯克(Elon
Musk)就是其中的超強(qiáng)一員。他已經(jīng)用行動(dòng)證實(shí)，他能夠以較低的成本推動(dòng)太空旅行技術(shù)的發(fā)展，他所開創(chuàng)的技術(shù)要遠(yuǎn)低于舉國之力的水平。其太空探索公司SpaceX一直將殖民火星為首要目標(biāo)，近期其市值已經(jīng)達(dá)到120億美元。馬斯克明確表示，在殖民火星之前，SpaceX不會(huì)上市。公司目的并不是將股東利益最大化，而是要?jiǎng)?chuàng)造歷史。
馬斯克將在九月底舉行的國際宇航大會(huì)上展示SpaceX殖民火星路線圖。這一計(jì)劃的關(guān)鍵是公司的全新一代火箭引擎Raptor，其推力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于SpaceX現(xiàn)有獵鷹9號(hào)火箭所采用的Merlin引擎，能夠?qū)⒒鹦翘綔y(cè)宇宙飛船送入預(yù)定軌道。而火箭燃料將采用液態(tài)甲烷，從而取代Merlin所采用的煤油燃料，能夠產(chǎn)生更為強(qiáng)大的推力，也更易于從冰和二氧化碳中提取，二者都可以在火星上找到。因此，采用液態(tài)甲烷作燃料，不僅能夠讓火星探測(cè)器抵達(dá)火星，也有機(jī)會(huì)返回地球。
億萬富翁俱樂部
馬斯克僅僅是致力于探索太空的億萬富翁中的一員。早在1996年，行星資源開發(fā)公司Planetary Resources總裁彼得?戴曼迪斯(Peter
Diamandis)就設(shè)立了Ansari X獎(jiǎng)項(xiàng)，懸賞1000萬美元開發(fā)能夠?qū)⑷怂蜕?00公里外太空的航天設(shè)備。2004年，由微軟聯(lián)合創(chuàng)始人保羅?艾倫(Paul
Allen)投資的太空探索公司Scaled Composites脫穎而出，其開發(fā)的實(shí)驗(yàn)飛船SpaceShipOne獲此殊榮。此外，艾倫還投資了Scaled
Composites，該公司旨在打造世界上最大的飛機(jī)，將其作為平臺(tái)發(fā)射衛(wèi)星和將人類送入太空。
而英國著名商人理查德?布蘭森(Richard
Branson)創(chuàng)辦了維珍銀河公司，該公司的業(yè)務(wù)組要是太空旅游。其研發(fā)的SpaceShipTwo太空飛船可以將六位付費(fèi)客戶送入太空體驗(yàn)太空的黑暗環(huán)境和零重力，目前已經(jīng)有約700人為此支付了船票。但是公司業(yè)務(wù)發(fā)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)慢于預(yù)期水平。2014年維珍銀河太空船發(fā)生事故，一名飛行員喪生。但確定的是，公司的太空船將會(huì)很快重返藍(lán)天。此外阿布扎比主權(quán)財(cái)富基金也對(duì)布蘭森的維珍銀河投資3.8億美元。
在太空旅游業(yè)務(wù)方面，布蘭森的主要對(duì)手的亞馬遜首席執(zhí)行官杰夫貝索斯(Jeff Bezos)。貝索斯旗下太空探索公司藍(lán)色起源(Blue
Origin)所開發(fā)的New Shepard
火箭能夠?qū)⒂钪骘w船送至SpaceShipTwo同樣的高度。貝索斯的野心還不僅限于此，目前藍(lán)色起源正在研發(fā)推力更大的運(yùn)載火箭引擎，其性能與SpaceX的Raptor引擎類似。貝索斯稱是為他人研發(fā)這款火箭引擎，但無疑也有自己的太空探索計(jì)劃。當(dāng)其談?wù)撟约旱奶仗剿饔?jì)劃時(shí)，表示夢(mèng)想受到了杰瑞德?K?奧尼爾(Gerard
O’Neill)的影響。后者是上世紀(jì)70年代普林斯頓大學(xué)的教授，構(gòu)想在未來人類社會(huì)所有的重工業(yè)將會(huì)被轉(zhuǎn)移到近地軌道，充足的陽光為其提供取之不盡的能源，其中一部分陽光通過太陽能動(dòng)力衛(wèi)星反射到地面。產(chǎn)業(yè)工人將在廣闊的外太空定居，生產(chǎn)原材料來自于月球和小行星，而廢棄物將被太陽風(fēng)一掃而空。貝索斯在談到軌道空間時(shí)也有類似的愿景。工業(yè)將全部處于軌道空間，而地面將回歸原有的綠色生態(tài)，所有所需的產(chǎn)品都可以由軌道空間的工業(yè)提供。
與SpaceX的火星探測(cè)相比，藍(lán)色起源或許更為保守一些。貝索斯要想建立一個(gè)真正的亞軌道太空旅游公司，首先需要解決的是大推力、低成本，可重復(fù)性使用的運(yùn)載火箭。只有達(dá)到了這一點(diǎn)，才能夠使得軌道空間裝配成為可能。如果貝索斯愿意在未來幾十年內(nèi)持續(xù)風(fēng)險(xiǎn)，有可能會(huì)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。同時(shí)，隨著太空旅游的普及，可能會(huì)吸引更多的投資者加入這個(gè)行列。
諸如此類太空探索的嘗試也包括國家行為。諸如中國以及俄羅斯都在致力于將人送上月球。而歐洲航天局也有類似的計(jì)劃，但其缺少載人航天設(shè)備。美國將火星看作其下一個(gè)目標(biāo)，但似乎并不急于推進(jìn)相關(guān)研究，而且如果馬斯克將目標(biāo)定在了那里，美國可能會(huì)轉(zhuǎn)而開發(fā)月球。事實(shí)上，月球適于進(jìn)行各種科學(xué)實(shí)驗(yàn)，也存在豐富的資源。有人認(rèn)為或許建立月球基地將成為美國的目標(biāo)。
事實(shí)上，一個(gè)月球基地的成本要低于國際空間站。后者的成本開支約在1000億美元，是人類有史以來建造的最貴設(shè)備。正如目前美國航空航天局與SpaceX公司合作進(jìn)行空間站物資補(bǔ)給以及人員往返一樣，未來月球基地的建設(shè)與后期維護(hù)也有可能承包給藍(lán)色起源、SpaceX、波音以及其他公司，這有助于降低成本。此外，諸如Moon
Express等公司也在推進(jìn)私人月球計(jì)劃。
太空芯片
圖8：太空芯片
同馬斯克類似，扎克?曼徹斯特也想為太空業(yè)做出貢獻(xiàn)。但又不同于馬斯克，他并不擁有價(jià)值數(shù)十億美元的太空飛船業(yè)務(wù)。但作為一名聰明的年輕工程師，他擁有想象力和技能，精通立方體衛(wèi)星的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，懂得如何展開眾籌融資。這些就足夠了。
要不是沒通過監(jiān)管審核，今年7月從卡納維拉爾角升空的獵鷹9號(hào)就會(huì)攜帶一顆名為Kicksat的3U立方體衛(wèi)星。這顆衛(wèi)星中配備了100塊一側(cè)長3.5厘米、重4克的“精靈(sprites)”電路板，每塊電路板都帶有數(shù)個(gè)傳感器、一臺(tái)處理器、太陽能電池、一部無線電接收裝置以及10厘米長的卷曲連接線。這顆衛(wèi)星一旦進(jìn)入太空軌道，每塊電路板會(huì)自行解開連接線，并脫離衛(wèi)星進(jìn)入太空，這樣地面的技術(shù)人員就擁有了發(fā)送信號(hào)供他們監(jiān)測(cè)的迷你人造衛(wèi)星。
曼徹斯特表示，要在衛(wèi)星上增設(shè)傳感器或3厘米大小的智能手機(jī)攝像頭是件容易的事。把所有元件集成在一塊硅晶片上所需的投資并不多，售價(jià)只需數(shù)美分。
充當(dāng)迷你衛(wèi)星的“精靈”電路板可用來研究地球的上層大氣或者磁場(chǎng)。若獲得進(jìn)一步研發(fā)，它們還可在小行星觀測(cè)任務(wù)中發(fā)揮輔助作用，數(shù)千只“精靈”負(fù)責(zé)從每個(gè)角度對(duì)小行星拍攝圖像，并在小行星表面安置一些簡易傳感器。如果把“精靈”電路板粘附在輕型反射鏡上，可利用激光把它們向太陽系中的目標(biāo)天體投放，或許有一天還能飛出太陽系。
曼徹斯特希望將來有一天自己也能體驗(yàn)太空之旅。但他設(shè)計(jì)的Kicksat衛(wèi)星會(huì)比他更早抵達(dá)太空。這種納米級(jí)裝備的前景確實(shí)讓人期待。
延伸魔術(shù)
馬斯克的行動(dòng)令人印象深刻。從太陽能的能源革命，到特斯拉的電動(dòng)汽車，再到SpaceX的太空探索計(jì)劃，馬斯克多次都在試圖改變世界，創(chuàng)造歷史。但無疑，這使得其精力也過于分散，其中包括資金以及人力等多種資源都被攤薄。事實(shí)上，在過去特斯拉和SpaceX都曾處于破產(chǎn)的邊緣，都未能如期完成馬斯克定下的宏偉目標(biāo)。即便馬斯克能夠以更低的成本實(shí)現(xiàn)宇宙飛船的火星探測(cè)，對(duì)于公司55億發(fā)射業(yè)務(wù)來說依舊是負(fù)擔(dān)重重。Raptor雖然推力強(qiáng)大，但至少在初期，其也可能是危險(xiǎn)的吃人猛獸。
相比于將人送至國際空間站，把數(shù)以百計(jì)的人送往火星是完全不同的任務(wù)。火星本身的環(huán)境也可能會(huì)導(dǎo)致計(jì)劃失敗。這顆星球表面充斥著有毒的高氯酸鹽。其重力過低，可能影響女性的足月順產(chǎn)，也不利于嬰兒的成長。相比之下，貝索斯的軌道太空計(jì)劃看來更為可行。但是貝索斯的計(jì)劃也面臨這諸多問題，必須保證現(xiàn)有制造業(yè)在外太空能夠有更多收益。在外太空，制造業(yè)需要考慮產(chǎn)業(yè)工人的生存問題——空氣、食物和水源。
隨著人類的延續(xù)，太空或?qū)⒊蔀橐粋€(gè)新的南極大陸。受到軍事條約的保護(hù)，僅僅用于科學(xué)研究和旅游。它不會(huì)成為一個(gè)新地球，但卻將是人類王國的美好延伸?？傊?，成為一個(gè)新的南極洲也是一件美妙的事情。這將在先行者的帶領(lǐng)下，通過人類富有遠(yuǎn)見的洞察力、技術(shù)敏銳性以及雄厚的資本實(shí)現(xiàn)更大的未來。
或許，人類對(duì)于太空的探索永遠(yuǎn)無法達(dá)到殖民其他星球或超出地球軌道的目標(biāo)。但在未來幾年甚至于幾十年，會(huì)有更鼓舞人心的現(xiàn)實(shí)發(fā)展。無論如何，這個(gè)世界將更加互聯(lián)、通達(dá)、可知。
