全球商業航天:技術突破塑造未來格局
2024年11月30日晚,海南商業航天發射場首次發射取得圓滿成功
文/《環球》雜誌記者 孫晶 張忠霞 吳慧珺
編輯/馬琼
從可重復使用火箭到衛星互聯網,再到人工智能驅動的地球觀測,航天技術加速滲透到各行各業,推動經濟增長的同時,也為解決全球性挑戰提供了全新工具。
“商業航天正成為全球經濟增長新引擎,政策利好、廣闊市場空間驅動我們抓住太空‘新基建’的發展機遇。”銀河航天聯合創始人劉暢在接受媒體採訪時説。
隨着發射成本持續下降、技術創新不斷突破,商業航天正從傳統的太空探索轉向更廣泛的商業化應用,成為全球經濟發展的重要引擎。全球商業航天産業正迎來技術與經濟的雙重飛躍。
技術突破驅動航天經濟增長
航天技術的快速進步推動了全球航天經濟指數級增長。2024年世界經濟論壇發布的報告顯示,全球航天經濟規模預計將從2023年的6300億美元增長至2035年的1.8萬億美元,年均增長率高達9%,遠超全球GDP增速,將是未來十年推動全球經濟增長的重要引擎。
美國聯邦航空管理局也預測,商業航天活動將呈現強勁增長態勢。預計到2028財年,美國每年航天器發射和重返大氣層的操作次數將達到195至338次。
這一增長得益於多項關鍵技術的突破,包括通信衛星、定位導航與定時技術,以及地球觀測服務等。發射成本的顯著下降(過去20年裏下降了90%)和衛星發射數量的快速增長(年均增長率達50%),也為航天經濟的擴展提供了重要支撐。此外,隨着人工智能和雲計算的普及,地球觀測數據的應用領域已廣泛拓展,涵蓋了從農業到環境監測等多個領域。
未來隨着超大型火箭技術的普及和數據成本的進一步降低,更多行業將能夠利用航天技術實現創新。例如,建築和保險行業將受益於更精準的地球觀測數據。
中科衛星總經理周健對《環球》雜誌記者&&,中國的衛星通信、衛星導航、衛星遙感三大技術方向的應用場景持續開拓,市場需求呈現快速增長態勢。其中,遙感衛星在環境監測、國土資源調查、農業估産、城市規劃、災害防治等多個領域展現出巨大的應用價值。特別是全球對氣候變化等議題的關注,也對衛星遙感數據産生了更迫切的需求。當前,中國把發展商業航天作為培育發展新質生産力的重要抓手之一,各方給予高度關注。
同時,中國的技術創新也正持續賦能遙感衛星産業發展,未來衛星遙感應用的成本還將進一步降低,性能進一步提高,這也將催生新的應用領域,創造全新商業模式,同時探索更多國際合作的可能性。
“國家隊+私企”航天時代
商業航天是指以市場為主導、具有商業盈利模式的航天活動,旨在通過商業市場的方式開展航天技術和服務的研發、製造、發射和應用。傳統上,航天活動主要由政府部門和國際組織負責,而商業航天是由私營企業或合作企業來推動和開展。一般認為,商業航天在創新效率、成本優勢、産業拉動等方面具有顯著優勢,因此成為各航天強國競爭的重要戰場。
實際上,自2011年航天飛機退役之後,美國國家航空航天局(NASA)一直在商業載人航天方面多路探索推進,借助私營力量助推航天計劃,包括月球和火星探索任務。
這張太空探索技術公司2024年8月28日提供的圖片顯示,“獵鷹9”號火箭在美國佛羅裏達州卡納維拉爾角太空軍基地發射升空
在探月方面,NASA有一個專門的“月球商業運載服務計劃”,旨在利用商業航天力量在月球探索方面有所突破。這樣的“發力方向”,一方面是由於受政府預算掣肘,不得不力邀商業航天企業入局;另一方面,企業研發活躍,效率高、成本低,有助於在月球探索方面與“國家隊”相輔相成。
當前,美國私企太空探索技術公司(SpaceX)憑藉其可重復使用火箭技術,已成為全球發射市場的主導者之一。與此同時,隨着國際空間站接近其運行壽命的終點,眾多私營企業正投向開發商業空間站。
“在短期內,商業空間站是填補國際空間站退役後空白期的重要後續步驟。”美國非營利機構超越地球研究所發言人勞倫·安德拉德説,“除此之外,商業空間站提供了政府運營項目根本不具備的靈活性和資本。”
美國太空新聞網站space.com一篇分析文章認為,隨着國際空間站在2030年左右退役,未來25年將是一個商業空間站浮出水面的新階段。SpaceX、藍色起源、維珍銀河、公理航天、山脈航天等商業航天公司將成為這一新階段的重要參與者和見證者。
《中國航天科技活動藍皮書(2023年)》顯示,2023年中國共完成26次商業發射任務(含拼車和搭載),佔全年發射總數的39%。2024年,商業航天作為“新增長引擎”被寫入政府工作報告,進入新一輪高速發展期。
九州雲箭的創始人兼董事長季鳳來&&,“國家隊+私企”模式將成為推動航天領域快速發展的重要動力。國家隊在技術積累、資源整合和重大任務執行上具有獨特優勢,私營企業則在市場化機制、創新效率和成本控制方面表現突出。兩者的協同發展不僅能夠加速航天技術的迭代升級,還能推動航天應用場景的多元化和商業化落地。
“還要注意的是,商業航天的發展仍需面對技術門檻高、資金投入大、國際競爭激烈等挑戰,國家政策的引導和支持對於構建健康有序的産業生態至關重要。”季鳳來説。
航天發射“三大件”
2024年被認為是商業航天發展的關鍵年份。這一年,下一代發射載具的開發逐漸成為商業航天領域的核心競爭力。
SpaceX在下一代載具方面的迅猛推進,使其成為2024年全球商業航天領域的“流量王”。其新一代重型運載火箭“星艦”可將超過100噸載荷送入近地軌道,運力遠強於其現有的“獵鷹9”和“獵鷹重型”運載火箭。美媒最新統計數據顯示,截至2024年12月,SpaceX在2024年已完成4次星艦試飛,另外完成了100多次“獵鷹9”及“獵鷹重型”火箭發射。
商業航天除了追求大運力,隨着技術進步,也更加重視火箭回收與重復使用。從時間線可以看出,SpaceX“星艦”試射間隔越來越短,技術進步也越來越明顯。2024年10月第五次試飛時,其火箭助推器在降落時由發射塔上被稱作“筷子”的機械臂“夾住”,首次實現在半空中捕獲回收。這類技術有助於重型運載火箭大幅降低發射成本、提高發射效率,對於未來航天商業化發展意義重大。
與SpaceX相比,競爭對手們的進展相對緩慢。無論是歐洲航天局的阿麗亞娜6型火箭、日本三菱重工的H3火箭,還是美國藍色起源的“新格倫”重型運載火箭等,都面臨技術和時間表上的挑戰。
但這些新一代發射載具的研發無疑是商業航天發展的關鍵,可以説將決定未來市場的進入門檻和競爭格局的形成。
發射載具、發射場地和衛星,是航天發射活動的“三大件”。在中國,商業航天發射場2024年也實現了零的突破。2024年11月底,中國海南商業航天發射場建成並成功首次發射,填補了中國沒有商業航天發射場的空白,完成了星箭製造、商業發射場測試發射,以及衛星數據應用服務的商業航天全産業鏈閉環。
銀河航天創始人、董事長徐鳴&&,抓住“太空新基建”的時代機遇,關鍵在於低發射成本的可回收運載火箭、大規模能源系統、大規模衛星相控陣通信系統等大國重器級別的創新。而隨着航天技術不斷取得突破,衛星將更加智能化,並拓展出更多應用場景。同時,伴隨着運載能力的不斷提升,發射場資源供給的增加,商業航天産業生態正逐步得到培育和發展,日益成為經濟發展的新引擎。
AI加持航天産業發展
全球範圍內,人工智能(AI)日益成為一股強大力量,催生企業和社會前所未有的變革。航天領域也不例外,人工智能以及其他前沿技術正在與航天産業深度融合。
美國洛克希德-馬丁公司在2024年12月發布了名為《重塑航天業未來的十大技術》的報告,將人工智能/機器學習列為十大技術榜首。報告説,人工智能/機器學習正在被廣泛應用於空間探索領域,無論是在軌還是在地,它們都顯著提高了決策速度,使自主操作成為可能,增強了態勢感知能力。報告説,洛馬公司目前有80多個應用人工智能/機器學習的空間項目或計劃。
人工智能技術的快速迭代,正在重塑若干航天相關行業的演進。比如,AI驅動的地球觀測技術正在幫助企業優化供應鏈、監測氣候變化。美國行星實驗室公司歐洲、中東和非洲地區政府事務副總裁阿格涅什卡&&,幾十年來,地球觀測衛星一直是一個關鍵但使用範圍狹窄的工具。現在,雲計算、數據和人工智能革命正在使地球觀測數據能夠在諸多領域的日常決策中得到常規使用。
中國氣象局氣象科學科普工作室高級工程師蘇飛&&,有能力處理海量數據是AI的最大優勢之一。例如,傳統天氣預報需要使用超級計算機處理來自衛星、雷達和氣象站的觀測數據,這一過程既費時,又對計算能力有較高要求。AI在機器學習等算法以及數據處理能力方面有顯著優勢,谷歌旗下“深層思維”等公司都在競相開發先進的天氣預報人工智能模型。
中國的天儀研究院在遙感影像AI智能識別方面也取得顯著成效。截至2024年6月,天儀自主運營在軌3顆SAR(合成孔徑雷達)衛星,已經生産超過10萬景數據。以天儀在軌SAR衛星作為主要數據源,結合多源遙感數據構建的海量SAR數據樣本庫,能夠為深度學習及計算機視覺技術應用於SAR圖像目標檢測及變化監測提供重要的數據基礎。
此外,隨着深空探測技術的快速發展,對月球等的探測數據也呈現井噴式增長。中國科學院與阿里雲2024年8月底聯合發布首個“月球科學多模態專業大模型”,這將大大加速海量數據的處理,幫助科研工作者挖掘新的科學發現。
再如,西安中科天塔科技股份有限公司開放的航天領域大模型“華山”,運用AI技術幫助用戶完成航天器智能操控、軌道計算與分析、指令代碼生成等航天器在軌管理工作,助力衛星等航天器平穩運行。
銀河航天首席技術官(CTO)朱正賢&&,當前,國內商業航天公司正在向無人化、智能化測運控系統方向探索前進。以銀河航天為例,公司正在加速實現通信、遙感等不同類型載荷衛星的自動任務編排,並在探索運用深度學習、大語言模型、大數據等技術搭建衛星運行管理系統。
比如,公司利用大語言模型技術和規則引擎技術,打造了智能飛控助手並不斷優化其性能,從而大幅提升了在軌監視、問題處置、衛星資料檢索和狀態信息跟蹤記錄的效率。銀河航天的衛星管理人員可以安全便捷地通過手機和便攜電腦設備實現對衛星及地面站的遠程管理。當前,測運控系統與地面的信關站也正在向一體化和智能化的方向演進。未來,這個強大的系統有望成為一條人工智能驅動的“風箏線”,可以對衛星進行7×24小時不間斷的高效管理。
從技術突破到資本支持,航天技術的潛力正在被不斷釋放。這推動了全球商業航天産業進入快速發展的關鍵期。無論是國家層面的政策支持,還是私營企業大力創新,未來的商業航天將不僅僅是經濟增長的重要引擎,也將是推動科技進步和社會變革的重要驅動力。