全球商业航天:技术突破塑造未来格局

2025-01-06 16:30:36 来源: 《环球》杂志

 

2024年11月30日晚,海南商业航天发射场首次发射取得圆满成功

文/《环球》杂志记者 孙晶 张忠霞 吴慧珺

编辑/马琼

  从可重复使用火箭到卫星互联网,再到人工智能驱动的地球观测,航天技术加速渗透到各行各业,推动经济增长的同时,也为解决全球性挑战提供了全新工具。

  “商业航天正成为全球经济增长新引擎,政策利好、广阔市场空间驱动我们抓住太空‘新基建’的发展机遇。”银河航天联合创始人刘畅在接受媒体采访时说。

  随着发射成本持续下降、技术创新不断突破,商业航天正从传统的太空探索转向更广泛的商业化应用,成为全球经济发展的重要引擎。全球商业航天产业正迎来技术与经济的双重飞跃。

技术突破驱动航天经济增长

  航天技术的快速进步推动了全球航天经济指数级增长。2024年世界经济论坛发布的报告显示,全球航天经济规模预计将从2023年的6300亿美元增长至2035年的1.8万亿美元,年均增长率高达9%,远超全球GDP增速,将是未来十年推动全球经济增长的重要引擎。

  美国联邦航空管理局也预测,商业航天活动将呈现强劲增长态势。预计到2028财年,美国每年航天器发射和重返大气层的操作次数将达到195至338次。

  这一增长得益于多项关键技术的突破,包括通信卫星、定位导航与定时技术,以及地球观测服务等。发射成本的显著下降(过去20年里下降了90%)和卫星发射数量的快速增长(年均增长率达50%),也为航天经济的扩展提供了重要支撑。此外,随着人工智能和云计算的普及,地球观测数据的应用领域已广泛拓展,涵盖了从农业到环境监测等多个领域。

  未来随着超大型火箭技术的普及和数据成本的进一步降低,更多行业将能够利用航天技术实现创新。例如,建筑和保险行业将受益于更精准的地球观测数据。

  中科卫星总经理周健对《环球》杂志记者表示,中国的卫星通信、卫星导航、卫星遥感三大技术方向的应用场景持续开拓,市场需求呈现快速增长态势。其中,遥感卫星在环境监测、国土资源调查、农业估产、城市规划、灾害防治等多个领域展现出巨大的应用价值。特别是全球对气候变化等议题的关注,也对卫星遥感数据产生了更迫切的需求。当前,中国把发展商业航天作为培育发展新质生产力的重要抓手之一,各方给予高度关注。

  同时,中国的技术创新也正持续赋能遥感卫星产业发展,未来卫星遥感应用的成本还将进一步降低,性能进一步提高,这也将催生新的应用领域,创造全新商业模式,同时探索更多国际合作的可能性。

“国家队+私企”航天时代

  商业航天是指以市场为主导、具有商业盈利模式的航天活动,旨在通过商业市场的方式开展航天技术和服务的研发、制造、发射和应用。传统上,航天活动主要由政府部门和国际组织负责,而商业航天是由私营企业或合作企业来推动和开展。一般认为,商业航天在创新效率、成本优势、产业拉动等方面具有显著优势,因此成为各航天强国竞争的重要战场。

  实际上,自2011年航天飞机退役之后,美国国家航空航天局(NASA)一直在商业载人航天方面多路探索推进,借助私营力量助推航天计划,包括月球和火星探索任务。

这张太空探索技术公司2024年8月28日提供的图片显示,“猎鹰9”号火箭在美国佛罗里达州卡纳维拉尔角太空军基地发射升空

  在探月方面,NASA有一个专门的“月球商业运载服务计划”,旨在利用商业航天力量在月球探索方面有所突破。这样的“发力方向”,一方面是由于受政府预算掣肘,不得不力邀商业航天企业入局;另一方面,企业研发活跃,效率高、成本低,有助于在月球探索方面与“国家队”相辅相成。

  当前,美国私企太空探索技术公司(SpaceX)凭借其可重复使用火箭技术,已成为全球发射市场的主导者之一。与此同时,随着国际空间站接近其运行寿命的终点,众多私营企业正投向开发商业空间站。

  “在短期内,商业空间站是填补国际空间站退役后空白期的重要后续步骤。”美国非营利机构超越地球研究所发言人劳伦·安德拉德说,“除此之外,商业空间站提供了政府运营项目根本不具备的灵活性和资本。”

  美国太空新闻网站space.com一篇分析文章认为,随着国际空间站在2030年左右退役,未来25年将是一个商业空间站浮出水面的新阶段。SpaceX、蓝色起源、维珍银河、公理航天、山脉航天等商业航天公司将成为这一新阶段的重要参与者和见证者。

  《中国航天科技活动蓝皮书(2023年)》显示,2023年中国共完成26次商业发射任务(含拼车和搭载),占全年发射总数的39%。2024年,商业航天作为“新增长引擎”被写入政府工作报告,进入新一轮高速发展期。

  九州云箭的创始人兼董事长季凤来表示,“国家队+私企”模式将成为推动航天领域快速发展的重要动力。国家队在技术积累、资源整合和重大任务执行上具有独特优势,私营企业则在市场化机制、创新效率和成本控制方面表现突出。两者的协同发展不仅能够加速航天技术的迭代升级,还能推动航天应用场景的多元化和商业化落地。

  “还要注意的是,商业航天的发展仍需面对技术门槛高、资金投入大、国际竞争激烈等挑战,国家政策的引导和支持对于构建健康有序的产业生态至关重要。”季凤来说。

航天发射“三大件”

  2024年被认为是商业航天发展的关键年份。这一年,下一代发射载具的开发逐渐成为商业航天领域的核心竞争力。

  SpaceX在下一代载具方面的迅猛推进,使其成为2024年全球商业航天领域的“流量王”。其新一代重型运载火箭“星舰”可将超过100吨载荷送入近地轨道,运力远强于其现有的“猎鹰9”和“猎鹰重型”运载火箭。美媒最新统计数据显示,截至2024年12月,SpaceX在2024年已完成4次星舰试飞,另外完成了100多次“猎鹰9”及“猎鹰重型”火箭发射。

  商业航天除了追求大运力,随着技术进步,也更加重视火箭回收与重复使用。从时间线可以看出,SpaceX“星舰”试射间隔越来越短,技术进步也越来越明显。2024年10月第五次试飞时,其火箭助推器在降落时由发射塔上被称作“筷子”的机械臂“夹住”,首次实现在半空中捕获回收。这类技术有助于重型运载火箭大幅降低发射成本、提高发射效率,对于未来航天商业化发展意义重大。

  与SpaceX相比,竞争对手们的进展相对缓慢。无论是欧洲航天局的阿丽亚娜6型火箭、日本三菱重工的H3火箭,还是美国蓝色起源的“新格伦”重型运载火箭等,都面临技术和时间表上的挑战。

  但这些新一代发射载具的研发无疑是商业航天发展的关键,可以说将决定未来市场的进入门槛和竞争格局的形成。

  发射载具、发射场地和卫星,是航天发射活动的“三大件”。在中国,商业航天发射场2024年也实现了零的突破。2024年11月底,中国海南商业航天发射场建成并成功首次发射,填补了中国没有商业航天发射场的空白,完成了星箭制造、商业发射场测试发射,以及卫星数据应用服务的商业航天全产业链闭环。

  银河航天创始人、董事长徐鸣表示,抓住“太空新基建”的时代机遇,关键在于低发射成本的可回收运载火箭、大规模能源系统、大规模卫星相控阵通信系统等大国重器级别的创新。而随着航天技术不断取得突破,卫星将更加智能化,并拓展出更多应用场景。同时,伴随着运载能力的不断提升,发射场资源供给的增加,商业航天产业生态正逐步得到培育和发展,日益成为经济发展的新引擎。

AI加持航天产业发展

  全球范围内,人工智能(AI)日益成为一股强大力量,催生企业和社会前所未有的变革。航天领域也不例外,人工智能以及其他前沿技术正在与航天产业深度融合。

  美国洛克希德-马丁公司在2024年12月发布了名为《重塑航天业未来的十大技术》的报告,将人工智能/机器学习列为十大技术榜首。报告说,人工智能/机器学习正在被广泛应用于空间探索领域,无论是在轨还是在地,它们都显著提高了决策速度,使自主操作成为可能,增强了态势感知能力。报告说,洛马公司目前有80多个应用人工智能/机器学习的空间项目或计划。

  人工智能技术的快速迭代,正在重塑若干航天相关行业的演进。比如,AI驱动的地球观测技术正在帮助企业优化供应链、监测气候变化。美国行星实验室公司欧洲、中东和非洲地区政府事务副总裁阿格涅什卡表示,几十年来,地球观测卫星一直是一个关键但使用范围狭窄的工具。现在,云计算、数据和人工智能革命正在使地球观测数据能够在诸多领域的日常决策中得到常规使用。

  中国气象局气象科学科普工作室高级工程师苏飞表示,有能力处理海量数据是AI的最大优势之一。例如,传统天气预报需要使用超级计算机处理来自卫星、雷达和气象站的观测数据,这一过程既费时,又对计算能力有较高要求。AI在机器学习等算法以及数据处理能力方面有显著优势,谷歌旗下“深层思维”等公司都在竞相开发先进的天气预报人工智能模型。

  中国的天仪研究院在遥感影像AI智能识别方面也取得显著成效。截至2024年6月,天仪自主运营在轨3颗SAR(合成孔径雷达)卫星,已经生产超过10万景数据。以天仪在轨SAR卫星作为主要数据源,结合多源遥感数据构建的海量SAR数据样本库,能够为深度学习及计算机视觉技术应用于SAR图像目标检测及变化监测提供重要的数据基础。

  此外,随着深空探测技术的快速发展,对月球等的探测数据也呈现井喷式增长。中国科学院与阿里云2024年8月底联合发布首个“月球科学多模态专业大模型”,这将大大加速海量数据的处理,帮助科研工作者挖掘新的科学发现。

  再如,西安中科天塔科技股份有限公司开放的航天领域大模型“华山”,运用AI技术帮助用户完成航天器智能操控、轨道计算与分析、指令代码生成等航天器在轨管理工作,助力卫星等航天器平稳运行。

  银河航天首席技术官(CTO)朱正贤表示,当前,国内商业航天公司正在向无人化、智能化测运控系统方向探索前进。以银河航天为例,公司正在加速实现通信、遥感等不同类型载荷卫星的自动任务编排,并在探索运用深度学习、大语言模型、大数据等技术搭建卫星运行管理系统。

  比如,公司利用大语言模型技术和规则引擎技术,打造了智能飞控助手并不断优化其性能,从而大幅提升了在轨监视、问题处置、卫星资料检索和状态信息跟踪记录的效率。银河航天的卫星管理人员可以安全便捷地通过手机和便携电脑设备实现对卫星及地面站的远程管理。当前,测运控系统与地面的信关站也正在向一体化和智能化的方向演进。未来,这个强大的系统有望成为一条人工智能驱动的“风筝线”,可以对卫星进行7×24小时不间断的高效管理。

  从技术突破到资本支持,航天技术的潜力正在被不断释放。这推动了全球商业航天产业进入快速发展的关键期。无论是国家层面的政策支持,还是私营企业大力创新,未来的商业航天将不仅仅是经济增长的重要引擎,也将是推动科技进步和社会变革的重要驱动力。

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