从两颗卫星到12000颗 解密SpaceX百亿美元新蓝图【附下载】| 智东西内参

智东西(公众号:zhidxcom)

编 | 十四

2008年,马斯克经历了人生大危机,濒临破产,自嘲以泪度日:Space X连续三次火箭发射实验失败,数千万美元的投入化成爆炸后的大火球;特斯拉也是亏的很惨,最惨时只剩下两三个员工。

经过十年风雨,这家征途是星辰瀚海的私企,SpaceX,完成了101项任务,继美俄中三国之后掌握了航天器发射回收技术,发射了重载火箭,并于本周迈出了近地通信卫星布局的第一步。

本期的智能内参,我们聚焦SpaceX星链计划首批测试卫星的发射事件,结合智东西市场观察和美银美林的航空航天项目投资研报,起底SpaceX的资金和技术团队,盘点天基互联网的商业前景。如果想收藏本文的报告全文(美银美林-To Infinity And Beyond-Global SpacePrimer ;SpaceX历史战绩),可以在智东西(公众号:zhidxcom)回复关键词“nc231”下载。

以下为智能内参整理呈现的干货:

事件:SpaceX 又双叒叕搞事情

当地时间2月22日上午6点17分,SpaceX,即马斯克创立的太空探索技术公司(Space Exploration Technologies Corporation),在范登堡空军基地(SLC-4E)利用已经过飞行验证的“猎鹰9号”火箭(Falcon 9,v1.2)执行了卫星发射任务Paz Mission。

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▲卫星发射计划Paz Mission成功(www.spacex.com/news/2018/02/22/paz-mission)

Falcon 9此次发射了西班牙Hisdesat公司的地球观测卫星Paz(主要用于侦察佩雷吉尔岛),以及星链计划(Starlink)的首批测试卫星(Microsat-2a和-2b,马斯克称之为Tintin A 和 B,以下称“丁丁兄弟”),卫星喷射高度约511公里(角度为91.44°,原计划高度为514km,应付款方要求改之),任务高度(测试卫星喷射后将利用自带推进系统继续升高)为1125公里。

事实上,Microsat-2a和-2b已经经历了三次延期发射,每颗卫星的设计寿命为六个月,失效后将成为太空垃圾。

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▲马斯克在Twitter发布“丁丁兄弟”的消息

马斯克在Twitter上表示,“丁丁兄弟”已完成部署,并与地面站进行了通信,文末附上了8秒的卫星视频。没完,还有彩蛋:马斯克Twitter透露,“丁丁兄弟”在轨道上运行至洛杉矶附近时,会向地球发射“hello world”信息,另,其WiFi密码是“martians”(火星人)。

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▲Paz Mission发射的三颗卫星

SpaceX并不打算回收这次发射任务的火箭,但尝试了用一艘名为Mr.Steven的“驳船”来回收新设计的有效载荷整流罩(有分析称其价值为500-600万美元)。理论上,整流罩会在火箭发射2分56秒后分离,利用自带推进器+降落伞,经过滑行后会准确被Mr.Steven的大网接住,但现实是这次Mr.Steven错位了几百米,没接住。

整流罩回收难度不亚于火箭一级,此前SpaceX曾经尝试过让它依靠自身形状滑行和最终降落伞减速,但一旦落到海洋时还是会被破坏,无法复用。

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▲回收整流罩的“驳船”Mr.Steven

事实上,Paz Mission已经是SpaceX今年的第三次发射事件,前两次分别是当地时间1月31日的Govsat-1 Mission(卢森堡的首颗军用通信卫星)和2月6日的猎鹰重型火箭(Falcon Heavy,据称运载能力为63.8 吨)试验发射。其中,Falcon Heavy还把一辆红色跑车(Tesla Roadster)送上了天,这个营销厉害了。

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▲Paz Mission是SpaceX今年的第三次发射任务

虽然今年年初的几次发射都比较成功,近日SpaceX还是宣布无限期推迟原计划定于2018年2月25日利用Falcon 9 发射西班牙卫星电视运营商Hispasat的通信卫星Hispasat 30W-6,理由是火箭整流罩需要进行进一步的测试。

“丁丁兄弟”的使命

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▲“丁丁兄弟”

Microsat-1双星早在2016年就已经研制出来了,但没有发射。好在今年,SpaceX获得了FCC主席Ajit Pai的支持获得频段授权。

马斯克给如今的这两颗微型卫星Microsat-2a和-2b命名为丁丁兄弟,灵感来自比利时漫画“丁丁历险记”,充满了探险精神和科幻色彩。

“丁丁兄弟”由华盛顿州雷德蒙德的SpaceX卫星发展中心进行研发和测控,被用于测试SpaceX的星链计划(Starlink,一种以近地卫星群为通讯基站的宽带服务)。一旦所有必要测试完成,正式运营的卫星发射将于2019年启动。

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▲“丁丁兄弟”部分参数示意(援引skyrocket)

根据SpaceX递交给美国联邦通信委员会(FCC)的宽带(Ku波段)申请文件,“丁丁兄弟”双星采用箱体设计,尺寸皆为1.1mx0.7mx0.7m,各重约400公斤,各有两个2×8米太阳能电池板。

“丁丁兄弟”搭载飞船飞行计算机、电力系统部件、(3轴)姿态稳定和(动态)控制部件、推进机构、GPS接收器和宽带、遥测、热控系统、命令接收器和发射器,主母线安装在有效载荷桁架系统上(该系统还带有通信面板、卫星间光链路发射器和接收器、星形跟踪器和遥测天线)。

除了验证卫星总线和相关子系统的研究外,Microsat-2a和-2b航天器的测试程序还将验证相控阵宽带天线通信平台(主有效载荷)的设计,该平台将有助于非静止轨道卫星(NGSO)的最终设计。

测试将有助于验证许多设计参数,如卫星宽带平台的射频特性、链路吞吐量、宽带阵列指向和地面站之间的(自动)转换。

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▲“丁丁兄弟”计划的指令测试

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▲“丁丁兄弟”计划的遥测和视频测试

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▲“丁丁兄弟”计划的宽带测试

星链计划的大好钱途

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▲商业太空器发射市场(援引经济学人)

根据在美国参议院提交的文件,截止2017年SpaceX计划占据约45%的世界商业发射市场,排挤掉其余全部美国公司。据公司测算,至2018年其份额将达60%以上。

虽然上天服务(提供火箭等)很贵,但全球的航天市场并没有想象中大:目前世界每年大约90次左右火箭发射,SpaceX即便拿到60%的订单也仅仅是数十亿美元的营业额。

为免耽误火(让)星(公)移(司)民(活)大(下)计(去),SpaceX推出了赚钱大计——星链计划。华尔街日报透露,SpaceX预计到2025年该服务用户将超4000万,当年收入可达300亿美元。

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▲星链计划示意

星链计划(Starlink,起名创意来自一本小说)是SpaceX在2015年1月提出的大计:发射4425颗低成本、高性能的微型卫星(可售),覆盖1200千米高的近地轨道,用于高速上网(千兆级别)和通信服务,为全球提供收费服务。

2017年,该计划扩展为,到2020年中期(现计划为2024年),发射处在两个近地轨道的(4425颗在700km,7518颗约在200km),在两个通信频段(K/V)的近12000颗卫星。为避免太空垃圾问题,这些卫星都携带轨道控制装置,会在寿命最后阶段离轨返地,在大气中焚毁。

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▲低轨道通讯卫星工作示意

天基互联网/通讯既指向稳定、高速的数据服务,又契合万物互联的未来需求,还被《财富》指出是个利基市场,于是成为热点研创项目。有分析认为,未来20年内,全世界将有20%甚至50%的的通信服务转到天基(基于航空航天)。通讯服务有多挣,举个例子:2017年中国移动营业额接近1000亿美元。

虽然各方目前的态度都比较保守,聚焦在惠普全球偏远地区,没有接入网络服务的人们,但随着万物互联理念和技术的发展,低成本高效率的天基物联网,其战略意义不言而喻。

因此,近年来出现了谷歌的热气球项目Project Loon,脸书的Aquila太阳能无人机计划(比较惨的是它家用于上网的第一颗卫星跟着Falcon 9 炸了),谷歌投资的O3B(卫星高度8000km,Ka波段),以及和星链计划最为相似的低轨通讯卫星网络项目——OneWeb(早于SpaceX拿到了频段授权和发射许可)等。

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▲OneWeb计划

美国创企OneWeb,是10万亿日元的软银视觉基金的第1号案件,软银出资10亿美元(约1100亿日元),成为其最大股东。

OneWeb的战略目标是在地球上空放飞900个小型卫星(一说720个),运行高度约1200公里,确立地面网络,为全世界提供低成本、低延迟的高速通信。

据悉,OneWeb公司计划在2018年初发射首批卫星(10个),待测试完成之后,将在 2019 年之后全面启动该项目;到 2022 年,预计所有的学校都将会受益于卫星互联网而接入网络,到 2027年将会彻底解决全球的宽带上网问题。

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Starlink与Oneweb两相比较,有着各自的优势:SpaceX的火箭技术能够为其卫星提供更为自由的发射机会,以及大概会是世界上最低成本的发射费用;Oneweb则被整合入软银的万物互联布局,可与ARM(90%IoT芯片市场)打配合,获得今后的20年内1万亿个物联网底层数据。

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▲全球卫星市场份额示意(通讯不是主要用途)

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▲卫星市场在过去十年里翻了一番

值得一提的是,中国也将打造一个全球低轨卫星星座通信系统,名为“鸿雁星座”,由300多颗卫星和数据业务处理中心组成,项目由中国航天科技集团、长城公司、一院、五院等单位共同合作,预计2018年发射首颗卫星。

马斯克其人其梦

硅谷钢铁侠马斯克,真的不是一般人。

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▲马斯克部分成就示意(援引经济学人)

1983年,12岁的马斯克凭借自己设计的太空游戏软件Blastar拿到了第一桶金,500美元。2002年马斯克从贝宝套现1.65亿美元,同年创立了SpaceX,做起了人类太空移民梦。他本已成功,却选择了探险。

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▲Falcon 9 构造示意

值得一提的是,SpaceX创立之初被拉来的CTO,现推进工程副总,猎鹰发动机Merlin的研发带头人,是原TRW(美国天合汽车集团)的首席工程师Tom Mueller。而Merlin的原型,是他在自家车库里鼓捣出来的发烧之作。

此外,初创团队还包括前Delta(波音)的火箭测试主管的Tim Buzza和前麦道飞行公司里主持“大力神”火箭的结构设计师Chris Thompson。

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▲SpaceX:让生命遍布多个星球

经历了三连败之后,2008年底,马斯克的资金只够一次火箭发射,如果失败,Space X将会破产。很幸运,9月的第四次发射,成功了。

这次成功,让马斯克拿到了NASA的16亿美元合同(这事儿航空工程师、前NASA的头儿Mike Griffin起了不小的作用,而这一订单本在2005年就开始商谈),16亿美元合同缓解了SpaceX的财务危机。

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▲SpaceX融资录(援引crunchbase)

2010年12月8日,SpaceX研发的猎鹰9号火箭(Falcon 9)成功将龙飞船(Dragon)发射到地球轨道,并能顺利折返的飞船,成为进入太空的第一私企。2016年,SpaceX进入盈利状态。2017年,SpaceX发射18次(美国联合发射同盟8次、中国18次、俄罗斯20次),100%成功发射、100%成功回收一级(4次由于载荷过重主动放弃)。

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▲SpaceX部分成就示意

有消息称,NASA计划:当美国所有航天飞机退役以后,将依赖私营公司将物资补给送入国际空间站。SpaceX的出现顺应了美国的轨道商业发射计划,并提供了远低于同行的报价。事实上,自2006到2012年,NASA给他们投资了近5亿美元,而期间的技术转让和支持更是宝贵。

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▲Falcon 9 和Falcon Heavy的收费情况

智东西认为,SpaceX作为卖点是低成本的,第一个吃螃蟹的太空探索技术私人公司,已然达成诸多可观成就,并成功进入了商业太空器发射市场,实现盈利。与此同时,太空器发射成本的降低,给近地通讯卫星撕开了一个大口子,为低价高效稳定的万物互联提供了如果不是最佳,就是最佳之一的可行方案。因此,“丁丁兄弟”作为星联计划的第一步意义非凡。目前,近地通讯卫星主流的两大创企中,SpaceX的优势是火箭,而OneWeb的优势则是芯片和传感器(换言之,海量数据和应用)。

最后梳理一下SpaceX的内心戏:

2001年-2002年,马斯克从贝宝赚了点钱,鼓捣着想着去火星,一看,美国贵,俄罗斯也贵,得儿,自个儿造呗;2002年通过画大饼拉团队,砸钱建工厂,支了个私企;其后五六年间,缺钱、缺技术、缺订单,抱NASA爸爸的大腿,您看我们计划造的火箭便宜啊;可是终于造出来第一代猎鹰,炸了好几番,幸运的是,最后一笔钱没炸,趁这会儿赶紧拉投资拉订单;在自己努力和爸爸给力的背景下,公司终于拿下了好大一部分商业太空器发射市场;咦,万物互联这玩儿怎么听着这么合我胃口呀,顺手搞个近地卫星计划血赚一波吧^-^

当然,也有分析认为,马斯克2001-2002年一开始计划的是倒卖,就是从俄罗斯购买退役洲际导弹改装而来的火箭,利用美国对商业航天的扶植政策挣得利润和差价。是为梦想,还是为孔方兄,交由时间来回答吧。

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