編者按：1962年9月12日，肯尼迪總統發表了激動人心的“我們選擇登月”的演說，把新邊疆概念放在了開發太空上，從而讓美國在與蘇聯的太空競賽中勝出，實現人類的首次登月。而今天的硅谷創業者們則在這個新太空時代，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50年代，美國和蘇聯相繼將人造衛星送入太空，從而揭開了太空時代的序幕。如今，新的創新技術和硅谷創業者正創造新的太空時代。

　　卡納維拉爾角突然升起的光芒

　　日落后不久，距離美國佛羅里達州卡納維拉爾角(Cape
Canaveral)18公里遠的地平線上，突然出現刺眼的光芒，且還在緩緩上升。實際上，那是比20層建筑物更高的機器(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，發動機的轟鳴聲、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，第一級發動機關閉。美國太空技術探索公司SpaceX制造的“獵鷹9號”火箭后兩級開始分離。第二級中的單引擎開始點火，推動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，第二級發動機關閉，此時火箭已經到達地球以上240公里的軌道上，以每秒7.5公里的速度運行。2天后，運載補給和科學設備的貨船被送達國際空間站。

　　圖1：火箭發射示意圖

　　然而壯觀的場景還未結束。在海拔100多公里高空分離后不久，第一級火箭依然在持續爬升，并將激活其內部三個發動機以改變方向。它到達軌跡最高點，然后開始落向地球，發動機所在位置朝向地面。降落過半距離后，三個發動機重新點火，以便經過緩沖幫助火箭重新進入地球大氣層。

　　在降至海拔大約10千米空中時，這段火箭的速度依然超過音速，引擎最后一次點火。與發射時不同，回歸的火箭上不再載有衛星。明亮的光芒直沖向地平線。在到達地面時，其基座中噴出平緩的火花。4個著陸腿慢慢陷入混凝土墊中。1秒鐘后，不斷發出的音爆信號標志著其8分鐘的旅程結束。

　　SpaceX開發新火箭探索太空

　　2017年將是人類首次見證衛星被發送到軌道上60周年的年份。1957年10月5日，蘇聯發射的第一顆人造衛星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。盡管隨著時間推移，“天堂”的訪客越來越多。

　　在首顆衛星發射升空后15年后，人類又登上月球，從此進入了“一切似乎皆有可能”的時代。盡管贏得了太空競賽，但是美國人似乎沒有看到隨之而來利益。美國開發出航天飛機，希望讓太空旅行變得更廉價、更可靠，成為常態。從1981年到2011年間，美國航天飛機已經進入太空100多次以實現不同的目標，盡管其間發生了2次悲慘事故。

　　但是前兩個目標顯然沒有實現，進入太空依然充滿了危險，且費用依然高昂，只有政府和通信公司因為各自不得已的理由，才繼續保持太空探索。現在，伊隆·馬斯克(Elon
Musk)于2002年創建的SpaceX正試圖提供廉價、可靠、常規性的太空旅行。它也是自從20世紀80年代以來，使用最新設計火箭進入發射行業的首家私人公司。

　　盡管7月份在卡納維拉爾角為國際空間站運送補給任務已經進行了數百次，但卻是SpaceX第二次成功回收第一級火箭。馬斯克始終保持創新步伐。在今年年末或明年年初，他的公司計劃發射重型火箭Falcon
Heavy，它將使用3個回收的助推器作為動力。與今天的運載火箭相比，Falcon Heavy攜帶的有效載荷更多。

　　此外，SpaceX也在開發更強大的火箭發動機。到2017年結束前，SpaceX計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現這個里程碑的私人公司，波音與美國宇航局簽署有類似合同。

　　這個領域的發展前景十分可觀，因為SpaceX目前只有一個競爭者，也就是亞馬遜老板杰夫·貝索斯(Jeff Bezos)創建的Blue
Origin。這家公司擁有亞軌道火箭New Shepard，可以進入太空邊緣后返回地面，與SpaceX的“獵鷹9號”的工作原理類似。Blue
Origin也計劃明年實現載人飛行。

　　硅谷創業者的激情夢想

　　許多開發非載人火箭的新公司也正進入火箭發射領域。然而，這些新火箭并非唯一令人感到興奮的最新進展。在20世紀80年代和90年代期間，進入太空的高昂費用導致許多制造商縮小用于各種衛星發射的火箭，從而創造出“小型衛星”。自從那以來，衛星發射受到計算和電子技術的推動。這也為從事“舊工作”和競爭新機遇開辟了新的方式。

　　美國政府的GPS定位系統共由24顆衛星組成，它可能代表了世界上最重要的太空資產，對美國軍隊和數十億智能手機用戶來說至關重要。美國建造當前規模的GPS系統用了20年時間。可是現在，許多微型衛星公司正考慮在一兩年內發射相當于GPS系統幾倍規模的系統。

　　這些衛星都將在低地軌道運行，但并非所有的小型航天器都會停留在地球附近。到2017年末，總部位于美國佛羅里達州的私人初創企業Moon
Express，計劃向月球遞送10公斤有效載荷，包括登陸車。屆時，這家公司將成為首家登陸月球的商業公司。其他公司也在探索使用小型衛星探測小行星，并進行采礦的可能。

　　盡管現在還沒有任何一種技術能夠將這些勃勃雄心緊密聯系起來，但硅谷正在對其進行探索。即使現在大多數用于太空探索的資金依然來自政府或老牌電信公司主導的項目，但太空旅行正從政府采購和航空工程巨頭轉向風險資本支持的初創企業，這些企業希望為更多的客戶提供更便宜的服務。

　　隨著這些企業證明自己可以賺錢，它們將發展得越來越快。但在很多情況下，賺錢并非唯一目標。這些企業的創始人都認為，進入太空可以讓更多人類受益。馬斯克希望在20年內在火星上建立永久居住地。貝索斯希望將來數百萬人能在太空中工作。盡管這些愿望還未實現，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遇的領域。

　　大量廉價小衛星或改變太空產業

　　但是如果沒有實質性的努力，這些機遇和可能都只不過是過眼云煙。除了新的創業意識和超凡的企業方針，還需要對制造衛星的技術進行徹底改進。

　　在美國加州帕羅奧圖市，有一家工廠自從蘇聯發射Sputnik那年就開始制造衛星，比任何人都更早聽說過硅谷。這家公司名為SSL，已經制造了100多顆通信衛星，其中81顆至今依然在正常運行。這些衛星結構基本相同：直徑1.2米的圓筒被裝進正方形盒子中。衛星承擔的任務越多，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雜，也就能為地球上的客戶發送更多數據。

圖2：SSL衛星張開機翼

　　已經接近完成的Sky Muster
II是SSL制造的最大衛星。它將為澳大利亞人口稀疏的地區提供寬帶通信服務，豎起來身高9米，擁有復雜的反射鏡陣列，可以調整服務。

　　目前，通信衛星行業主要由Eutelsat、Inmarsat、Intelsat以及SES四大運營商占據主導地位，它們的大多數收入源自那些需要通過衛星發送電視信號的公司。有時候，它們也通過提供傳輸數據和移動通信服務賺取收入。SSL工程與運營主管保羅·埃斯蒂(Paul
Estey)說，這些運營商需要更多類似SSL這樣專業的航空公司幫助。

　　衛星發射行業充滿了創新，但也常常會規避損失。SSL最小的通信衛星售價也要達到1億美元左右，最大的則高達3億美元。再加上1億美元的發射費用，其發射的衛星可能需要10年才能產生收益。由于這些衛星被送入危險的太空環境中，需要運行許多年，幾乎沒有修復的可能，為此任何存在重大風險的新技術都會被謹慎應用。

　　沿著101公路行駛1小時，你會發現另一家截然不同的工廠Planet，它最近因為Planet
Labs而名聲鵲起。這家工廠占據了舊金山南市場區一棟破舊的建筑中，巨大的空間里放滿了可用于制造30厘米長衛星的各種桌子和工具，每個小衛星重約5公斤。你會發現，許多零部件來自其他設備，其中最顯眼的就是智能手機。制作這種Planet所謂的Dove衛星需要一周時間。

　　在房間的后面，有數十個已經打好包裝準備出貨的小型衛星。這預示著全新的太空業務模式，即小物體，大數量。Dove只是被稱為“立方體衛星”家族的一部分。20世紀90年代，美國斯坦福大學和加州州立理工大學圣路易斯奧比斯波分校的研究人員意識到，將小衛星進行某種程度的標準化將讓它們更容易發射。

　　為此，科學家們制造出被稱為1U的標準立方體盒子，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”發射。這種標準化已經取得成功，到2013年初，已經有100多顆立方體衛星被放飛，設計和建造它們的工具也被大量開發出來。

　　Planet創始人克里斯·博淑珍(Cdivis Boshuizen)、威爾·馬紹爾(Will Marshall)以及羅比·辛格勒(Robbie
Schingler)認為，立方體衛星將成為衛星行業的基礎。2010年初在美國宇航局阿姆斯研究中心工作時，他們就曾研究加入3U(3個1U端端相連)立方體衛星的最大望遠鏡到底能做什么。

　　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鏡和更大衛星拍攝的照片相當。但是3U立方體衛星可以數十甚至數百地部署在太空中。對于某些領域，比如農業監測，這些小衛星將收集到的絕對信息可大幅提高信息準確性。

　　2014年，首批28顆Dove立方體衛星已經通過國際空間站放飛。此次發射在Planet的總部以煎餅早餐慶祝，自此后每次發射都舉行類似慶祝活動。Planet目前運行著63顆立方體衛星，它們的能力受到體型限制，但該公司稱其技術復雜性可與任何衛星媲美。他們支持有前途的商業模式。馬紹爾說，Planet目前有100多個客戶，它們都依賴Dove發回的數據。客戶數量將大幅增加。

　　Planet的成功部分源于成本持續降低和消費電子產品能力提高，特別是智能手機組件。智能手機銷量已經達到數十億部，它們在體積和功耗方面的改進非常明顯。但是如果沒有不停地改進衛星的意愿，這些東西都沒用。截止到今年6月份，Dove已經經歷了14次升級。如今，Dove上配有不同的攝像頭、新的天線、根據特斯拉電動汽車的鋰離子電池組重建了電子和電力系統。

　　Dove衛星現在可以看出四色帶，而原來只能分辨三色帶。它們在自我定位和指向方面有了很大改進。馬紹爾表示，與5年前相比，Dove在性能上提高了100倍。這種迅猛的創新在硅谷十分常見，但在衛星領域卻是首次出現。

　　風險與機遇共存

　　但要想以這種方式做事，需要冒著與當前大而昂貴的衛星疏遠的危險。Planet已經估計到，其部分創新可能會失敗。Planet知道，從國際空間站放飛的Dove只有很短的壽命，運行9到18個月后就會重新落入地球大氣層燒毀。這種態度加快了Planet的進步，并提高了公司整體韌性。

　　一顆巨大的通信衛星可能與整個公司的命運息息相關。比如首顆廣播電視衛星Astra1A于1998年被歐洲首枚Ariane
4火箭送入軌道時，傳媒大亨魯珀特·默多克(Rupert
Murdoch)就表示，如果這顆衛星失敗，他新建的Sky廣播業務將遭到滅頂之災，其媒體帝國的其他業務也將受到影響。

　　Planet曾遭遇過兩次“厄運”，其Dove因發射失敗而墜入地球燒毀。只有公司創始人擁有冒險精神，這家公司才會信奉同樣的哲學。這是創辦制造廉價小行星的企業獲得另一個經驗。Planet所需的資本相對較少，很容易從硅谷天使投資人和風投機構籌集到足夠資金。而且其衛星重僅幾公斤，只需要1000個零部件即可組裝，成本僅需數千美元。

　　到目前為止，已經完成三輪融資的Planet獲得的投資總額為1.58億美元，相當于購買SSL一顆衛星的價格。航空航天分析機構Tauri
Group發布數據顯示，在2001年到2005年之間，全球太空業務獲得的風險投資僅為1.86億美元。而到2011年到2015年之間，太空行業獲得的風投總額已達23億美元。半數投資者都來自美國加州，大多數資金都被投入到研發小型衛星或發射這些衛星所需的裝置中。在涉及到相關技術方面，風投資本家們越來越感到放心。

圖3：太空花費示意圖

　　類似Planet這樣的公司，企業愿望基本相似。正如航空航天分析機構Tauri
Group報告指出的那樣，新一波太空公司能夠將自己推銷給風投機構，它們的優勢基本相同：系統成本降低、新產品用戶大幅增加，特別是數據產品。

　　時尚是另一個因素。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，已經讓太空成為特別吸引人的領域。這些新的資本來源看起來正幫助產生更多更好的衛星。7月份，咨詢機構Euroconsult估計，從2016年到2025年之間，大約有3600顆小型衛星將被發射升空，其中2000顆來自風投機構支持的地球觀測公司。

　　而包括資金雄厚的大公司，則希望進一步推動小型衛星革命。今天的大型通信衛星基本上都在地球上空3.6萬公里軌道上。這是因為，只有達到這個高度，這些衛星才能24小時覆蓋地球。但這也意味著，從地面上觀看，這些衛星似乎靜止在天空中。而衛星距離地面越近，傳輸數據的速度越快。在3.6萬千米高空，傳回地球的無線電信號會延遲1/4秒，許多應用為此出現問題。

　　而通信衛星通常放棄低地軌道的優勢主要有兩大原因。軌道越低，你就需要更多衛星確保始終能在地面上看到它們，因為衛星在天空中移動要求接收器能夠追蹤它們。盡管今天的接收器已經可以通過電子追蹤衛星，但這種技術同樣有著苛刻的要求。

　　OneWeb是Intelsat、維珍集團以及空客聯合推出的衛星聯網項目，其靈感源自現代天線可以克服大多數通信問題，而且小型衛星也可以解決覆蓋問題。OneWeb項目計劃向地球上空1200千米軌道發射648顆衛星，為地球上提供無盲點的無縫通信服務。其商業計劃則是覆蓋發展中國家為重點的地域。對于它來說，任何地方都不再屬于偏遠地區，其首顆衛星將于明年發射。

　　這絕非立方體衛星或初創企業能夠完成的龐大計劃。OneWeb需要數十億美元資金支持，其原型正在空客公司位于法國圖盧茲的工廠中制造。在美國佛羅里達州，OneWeb和空客也在建立工廠，計劃在那里每天制造4顆150公斤的衛星，它們都使用高度自動化系統。與當前世界任何衛星系統相比，OneWeb的衛星數量將更多。

　　盡管在技術上屬于雄心勃勃的項目，但OneWeb同時也面臨著許多競爭。谷歌正在研究在平流層安置氣球，為發展中國家提供互聯網接入服務。世界最大社交網絡Facebook也在研發聯網太陽能無人機。

　　當前通信衛星行業也正加強關注。在谷歌，OneWeb創始人們曾研發名為O3B的系統，即為沒有聯網的另外30億人提供數據服務。但他們離開后，這個系統還在繼續推進。當其完成時，它將由20顆運行在地球上空8000千米的衛星組成。今年夏季，四大通信衛星運營商之一的SES谷歌和其他原始合作伙伴手中獲得這個項目的完全控制權。

　　與此同時，SpaceX也計劃打造自己的低地軌道通信系統，它或許要由4000顆衛星組成。這個項目需要使用的衛星，可能需要當前地球軌道上運行的所有衛星總數之和的3倍。

　　地球觀測衛星正在改變世界

　　從工程野心、操作的復雜性和資金要求這些層面來看，大型通訊衛星群對地球觀測的變革性影響超過了小型衛星。但就改變世界的潛力來看，兩者的影響力或許恰恰相反。

　　衛星在通訊業所占的比例很小，但它們對某些行業至關重要，例如多頻道電視。在價值2萬億美元的電信業中，衛星僅占據很小的比重，但依舊舉足輕重。O3B、OneWeb等項目的目的是為30億無法上網的人提供互聯網服務，這類項目對這些處在世界經濟發展邊緣的人而言不失為一大福音。目前能夠以各種方式實現連接的智能手機對計算機業和通訊業帶來了巨大的變革，衛星也將像智能手機那樣，成為另一股變革力量。地球觀測正在經歷的一切開啟著全新的篇章。

　　在過去60年間，太空業讓人類對地球的看法發生了四次徹底的改變。

　　首次改變發生在20世紀60年代早期，間諜衛星可以偵察指揮中心想要監視的任何地方，甚至深入敵方領地。衛星讓處在冷戰中的國家得以掂量彼此的核力量和其他軍事力量，或監視對方對軍備控制協議的執行情況。

　　阿波羅宇航員拍攝的地球照片引發了第二次變化。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保政策的腳步。

　　第三次變化源自GPS衛星，它們讓智能手機、汽車甚至集裝箱等現代設備或運輸工具能夠進行精確的自我定位，人們無論身處何處都能了解自己的位置，這成為導航、Uber打車應用等服務所需的關鍵技術。

　　目前我們正在經歷第四次變化。衛星等技術的進步從地球身上獲得了海量數據，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論。

　　Doves
Planet公司的Doves衛星能夠以很高的頻率提供地球所有區域的圖像。該公司的野心有望很快就能實現，即利用太陽同步軌道(圖4)在每天的同一時刻拍攝地球的所有地方。舊金山的立方體衛星公司Spire另辟蹊徑，它提供的服務并非觀測地球表面，而是聆聽無線電訊號。通過要求每艘輪船安裝持續發出位置信號的發射器，不久以后Spire有望掌握地球上每艘輪船每小時的位置數據。

圖4：太陽同步軌道

　　西雅圖初創公司BlackSky的衛星體型比Doves大，它的光學觀測儀器因體積更大而能夠實現更高的分辨率(大約1米)，這意味著BlackSky衛星能夠清晰拍攝汽車之類的對象，這在很多領域具有重大意義。這類衛星還可拍攝自身環繞軌道以外的對象，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星，在90分鐘內生成地球北緯55度和南緯55度之間所有區域的俯拍圖。該公司還提供不同分辨率和重復訪問衛星圖的組合服務。

　　云存儲和云處理技術在這場變革中扮演著重要角色。Doves
Planet公司投入巨資建設信息傳輸設施，旨在從12個地面衛星接收站收集原始數據，并把這些數據轉化為有用的產品。但它需向云計算公司按需購買存儲和處理能力。沒有云服務的話，初創公司根本無力處理衛星每天產生的以太字節為單位的海量數據。

　　新市場同樣重要。20世紀90年代在美國創立的地球觀測公司都擁有一個專業級的大客戶——知名度不高的美國國家地理空間情報局(National
Geospatial?Intelligence
Agency)。該機構位于維吉尼亞州。這些公司通過向該機構出售高分辨率的衛星圖賺了不少錢，但這一局面幾乎無法推動這一行業的多樣化發展。業界中各個公司最終合并成DigitalGlobe，后來DigitalGlobe蓬勃發展，成為全球領先的高分辨率地球影像服務商。每隔幾年它都會發射一顆高性能的高分辨率衛星，今年九月，它將再發射一顆衛星升空。但政府訂單仍然超過其銷量的半數。

　　新創立的衛星公司也會向政府出售衛星影像產品，但它們幾乎都不依賴政府訂單。它們把自身快速發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星數據，但希望通過衛星數據來尋求某些問題的答案。使用這類數據的衛星公司和第三方機構都向機器學習技術投入了巨資，這類技術能夠通過分析云存儲的海量數據以及識別其中的變量來解決某些實際問題。

　　上述技術的結合能夠讓航運公司準確獲知所有船只的位置;通過城市擴展、交通或夜間照明狀況來跟蹤經濟發展情況;每日為再保險公司更新與其風險組合產品相關的數據變量;向期貨交易者告知整塊大陸的作物生長情況，或向農場主告知某塊地的作物生長情況;把衛星數據和其他地理參照數據相結合，以制作災難事件、示威游行、火災和慶典等的現場俯拍圖;了解新澤西州收費公路上的汽車數量。

　　海量的數據似乎擁有無窮無盡的潛力，這類數據幾乎能夠實現實時更新，讓整個世界以越來越詳盡的細節呈現在人類面前，還能學會自發地識別各種各樣的物品和現象。

　　除了各種新穎用途外，一些舊式的預測方法也將得到革新。除了接收地面上的無線電信號外，Spire公司的衛星還能接收美國24枚GPS衛星以及歐洲、俄羅斯和中國部署的衛星的傳輸信號。由于軌道不同，地球有時候會位于兩顆衛星之間，而無線電信號在被地球完全阻隔之前會穿透部分大氣層。信號消失在大氣層中的檢測數據可用來計算兩顆衛星之間區域的溫度和氣壓，從而為天氣預報提供一種全新的極有價值的原始數據來源。Spire目前擁有12顆衛星，它希望在年底前把衛星數量增至44顆。將來如果Spire擁有的衛星數攀升至1000顆，那么每天它將能夠制成10萬張大氣斷面圖——數個太字節的寶貴數據。

　　太空競爭僅靠降低成本就夠嗎?

圖5：火箭類型

　　降低太空發射任務的成本并不是最重要的目標。數十年來，降低發射成本似乎是太空旅行取得進展的一大要素。太空愛好者把大幅降低成本視為實現更多太空壯舉的關鍵。這是SpaceX公司吸引業界大量關注的原因之一。該公司最近取得的前沿成就讓競爭成本大幅下降，并使自己占領太空發射市場的大塊領地。SpaceX對回收火箭的不斷嘗試有望持續削減發射成本。

　　小型衛星的興起說明，這種過分倚重成本的思路太過簡單。如果每千克太空設備的性能能夠大幅提升，那么哪怕發射成本不發生變動，太空任務的成本也會隨之下降。對于小型衛星而言，創新最為重要，有沒有什么新型的發射渠道卻是次要的。

　　火箭實驗室(Rocket
Lab)公司的服務目標就是這個市場。今年晚些時候，該公司的電子(Electron)火箭將從新西蘭北島首次發射升空。電子火箭的研制獲得了硅谷的資助，按照設計，它能夠把150千克的收費載重發送至太陽同步軌道中，費用不超過500萬美元。這一價格同加拿大公司Spaceflight收取的費用一樣。Spaceflight提供的是“搭便車”服務，即讓小型衛星作為二次有效載荷(secondary
payloads)搭載在火箭上升空。

　　相較而言，火箭實驗室的每千克3.3萬美元報價聽起來頗為昂貴，因為獵鷹9號火箭把1千克的物資送往低軌道的價格不超過前者的十分之一。但要與SpaceX合作的話，客戶需要委托運送大批物資，例如，支付至少6200萬美元讓獵鷹9號火箭承載20噸的物資。而且預約還需數年時間，早有一列長長的客戶隊伍在等待。對于一些四處比價尋求價格適宜的“順風車”服務的小規模公司，它們的任務是在數月內把立方體衛星等對象發射到正確軌道中，火箭實驗室或Spaceflight公司的500萬美元報價則聽起來更具吸引力。

　　哪怕載荷要求不高，研制面向小型衛星的、單位成本低的火箭是具有挑戰性的。火箭實驗室公司的CEO彼得?貝克提及了批量生產、新型制造技術、材料以及新理念等幾大因素。他不打算為第一級和第二級火箭設計不同的發動機，而是采用盡可能少的設計。無獨有偶，SpaceX針對獵鷹9號火箭也采取了同樣的省錢之道并驗證了這種方法的可行性：相較制造幾類設計各不相同的發動機，制造同一種發動機更節約成本。火箭實驗室在發動機的生產過程中也利用了3D打印技術，并采用重量更輕的碳復合材料制造燃料箱，這有助于減少發動機的負重。此外，它還開發了一些獨有技術，例如，使用電池供能的泵把燃料和氧化劑推送到發動機中。

　　由SpaceX一些資深老手創立的螢火蟲(Firefly)公司正在研制一種微型衛星運載火箭阿爾法(Alpha)。該公司采用了類似的材料，但針對如何把燃料推送至發動機中設計了不同的方法，也在第一級火箭中運用了一種新穎的發動機組設計方案。理查德?布蘭森的維珍銀河公司也參與了這一市場。該公司最早想開放亞軌道太空之旅，但這一計劃由于墜機事故暫時擱淺。現在維珍銀河正計劃利用發射器1號(LauncherOne)火箭來發射小型衛星，這種火箭由經改裝的波音747運送，而且方式很特別——位于波音747的機翼下方。

　　擁擠的太空

　　在初期，SpaceX的焦點也是放在小型火箭上。2007年首次飛天的獵鷹1號同電子火箭差不多大小。但就當時而言獵鷹1號太過前沿，可以說是生不逢時。SpaceX的COO格溫?肖特韋爾表示，當時存在對獵鷹1號的需求，但市場并不成熟。但幸運的是，與NASA簽訂的為國際空間站運送物資的合同讓獵鷹9號的研制成為可能。SpaceX的產品開始涉及大型火箭和太空船后，就毅然告別了小型衛星市場，并把業務拓展到曾經由歐洲衛星發射聯盟阿麗亞娜太空中心(Arianespace)主導的大型衛星市場中。這一市場的常見業務是把重達數噸的通訊衛星發往地球同步軌道中。

　　批量生產發動機和其他創新方法讓SpaceX在成本上極具競爭力。但降低成本對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展各自的火箭業。SpaceX是否能夠擴大大型火箭市場的整體規模，這個問題并不太重要，但火箭成本通常低于它所運載的衛星成本，降低總成本才是應該考慮的方向。讓火箭制造成本減少1000萬美元或2000萬美元意義不是很大。

　　因此就小規模發射任務而言，削減成本無法為SpaceX帶來多大的商業利潤。當前該公司并未計劃進軍其他新市場。小型衛星星座又不入它的法眼。獵鷹9號一次發射任務就可以媲美火箭實驗室在一年內發射50顆衛星的業務。真正規模算大的小型衛星星座當屬OneWeb通訊系統，而OneWeb項目已與Arianespace和維珍銀河(OneWeb發起人持有這兩家公司的股權)簽訂了發射合同。或許因為如此，SpaceX有意打造總數高達4000顆的通訊衛星星座。如此規模的項目才能讓發射成本得到削減的獵鷹9號發揮真正的盈利作用。

　　機器人的角色：建設性與破壞性

　　關鍵不在于機器人本身，而在于如何利用它。

　　在地球上，有價值的資產會得到維護、升級和回收利用;也會得到保護，但偶爾有時候，會受到攻擊。這些都不曾在宇宙空間里發生。但所有這些都將成為可能。

　　衛星會發生故障;最終，所有的衛星都會耗盡燃料。機器人服務飛船(Robotic service
spacecraft)能對衛星進行識別、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研發了一艘工作起來像一臺電動代步車的飛船;這艘飛船載有一臺備用引擎以供不再能正常運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耗盡燃料但仍在產生經濟價值的通信衛星的壽命，因此已和Intelsat簽訂了合同。

　　維持動力的另一種方式是補充燃料。美國海軍研究實驗室，美國宇航局和國防高等研究計劃署——五角大樓的先進技術武器——正在開展多項宇宙飛船項目，這些宇宙飛船能為衛星補充燃料，在軌道上使用各類工具和復雜的機械手臂來維修衛星。

圖6：蜘蛛制造儀紡出一個平臺

　　還有一個更徹底的辦法是用已經在軌道上運行的機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“蜘蛛制造儀(SpiderFab)”，“蜘蛛制造儀”結合了機械手臂和3D打印，其所造出的結構比任何與發射器整流罩融合為一體的物體都要大和精致。衛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這些小空間里。但是復雜的展開步驟，連接點和空間準確對接都可能增加費用和風險，使得部分方法不可行。

　　類似蜘蛛制造儀的技術結構可以改變通信衛星行業。帶有巨大太陽能電池板和引擎的平臺能搭載完整的一套通信包，通信包體積會越來越小，發射頻率也會越來越高，從而使保持技術的先進性和降低風險。

　　以上所有可能會對科學產生出乎意料的影響。太空于望遠鏡而言，是個無比神奇的空間，但是又很難把一個大望遠鏡發射上太空。計劃由美國宇航局和歐洲太空總署于2018年發射的詹姆士﹒韋布空間望遠鏡所得到的預算為80億美元，預算之所以這么高的原因之一在于要折疊一塊一個網球場這么大的遮陽板，一塊6.5米長的拋光鏡面到5.4米長的亞利安五號運載火箭整流罩里。龐大的結構體和能讓許多小鏡片分布在一塊大區域里的技術結合后能取代一整塊巨大的鏡面，建造出更強大的器械。這些器械在觀察方面的表現可能優于在陸地上的器械，例如能觀察并發現其他行星周圍的璀璨的星球。

　　機器人在太空的另一種用途是行星采礦。一些行星的運行軌道和地球的運行軌道非常相似，這使得宇宙飛船能消耗相對少量的燃料就能進入軌道并在行星上著陸，而不需要耗費從最初位置進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進入硅谷初創公司的日程。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量的活動發生，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的旅程就變得更有意義。

　　當然這些都需要時間，但是Deep Space Industries公司和另一家行星采礦初創公司Planetary
Resources最近談妥了一位不急功近利的投資者：盧森堡政府。盧森堡對太空了解甚少，但確是四大衛星運營商中的兩家，Intelsat和SES，的所在地。盧森堡政府十分有能力承擔這把投機，同時為有著激進想法的少部分狂熱支持者提供一次聽訊。這個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，處理太空垃圾并不難，即，把它們拖到大氣層的外圍區域。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不斷增多，例如，停止運作的衛星及其碎片，以及為實現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低。美國民間組織安全世界基金會(Secure
World
Foundation)的布萊恩?維頓表示，每個衛星年(satellite-year)發生撞擊的概率或許僅為1%。但已有衛星因與太空垃圾相撞而報廢。發射升空的衛星越多，相撞概率就越大，進而產生更多的太空垃圾。如果放任不管的話，這個問題只會變得更嚴峻。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重的問題時，人類采取什么措施都為時過晚了。”

　　解決方法之一是讓衛星在威脅來臨時更為“機敏”，并確保地面控制中心更高效地獲知衛星的周邊狀況。美國軍隊利用雷達和望遠鏡追蹤尺寸約大于10厘米的太空垃圾，并在它們接近正在運行的衛星時發出警報(地面雷達很難探測到太空中尺寸小于10厘米的物體。因此立方體衛星的體積是出于慎重考慮而設計的，如果體積再小一些，就可能無法被地面設備追蹤到)。軌道軟件商Analytic
Graphics即將推出一種能夠滿足這類需求的服務。該公司使用較為廉價的商業技術來追蹤飄在太空中的物體，這在過去只有政府會去做。值得一提的是，Analytic
Graphics追蹤對象的數量不僅達到美國空軍的一半，而且自身的實力也在快速提升。

　　另一個解決方案是對太空垃圾予以清理，這時候就要動用到遙控設備了。空中客車旗下的小型衛星公司Surrey Satellite
Technology為歐洲航天局研制的一艘太空飛船將在2017年展開性能測試。這艘飛船的任務是在太空中利用網狀設備來“抓捕”附近已廢棄的立方體衛星，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備抓取太空垃圾的技術。同年，新加坡初創公司Astroscale計劃發射一顆衛星用來更高效地監測太空垃圾。2018年，Astroscale還計劃測試一種帶粘性貼片的、可把太空垃圾粘附在機身上的衛星。

　　美國、中國和俄羅斯一直在研發反衛星武器(ASAT)。但一旦啟動這類武器，攻擊者是哪方一目了然。或許可以讓秘密部署的小型衛星靠近目標衛星并將之毀掉，這種神不知鬼不覺的方法讓人弄不清楚衛星是遭到破壞還是出了故障。

　　為了近距離監視本國的以及他國的衛星，美國最近剛剛把一對小型衛星送往地球同步軌道中。8月19日，又一對衛星發射升空。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提升衛星實力的方式。

　　一是采取積極防衛措施，讓潛在敵方發動ASAT襲擊的難度變大。

　　二是增強靈活性。商用服務商和美國同盟國在太空中部署的資產超過了以往任何時候。在常規活動中或緊急情況下選用這類商業衛星(而不是專屬于軍隊的太空設備)，這會讓敵方難以通過反衛星武器發動致命打擊，因為太空中擁有太多的潛在襲擊對象。

　　三是在地面上部署備用衛星，若有急需，這些衛星應能夠在短時間內發射升空。美國國防部高級研究計劃局(DARPA)的另一個太空項目XS-1希望通過商業團隊開發可部分重復使用的發射系統，而且這類系統能夠在連續10天內每天把重兩三噸的設備發往太空軌道中。這類研發有助于降低小型衛星的花費，并保障軍隊的太空實力。

　　一些被設計來打擊衛星的系統或許也能實現其它用途。這類衛星在大氣層以上的部分既定軌道中飛行時或許可用來攔截并摧毀洲際彈道導彈。20世紀80年代，美國的“星球大戰”項目提出了所謂的“靈巧導彈(brilliant
pebble)”計劃——數千顆精確制導的衛星可用來識別并攔截正在升空的洲際彈道導彈。這類系統的可行性引發了熱議，直到克林頓政府削減了太空導彈防御開支。

　　從地緣政治層面來看，導彈防御依舊是個棘手的議題。目前，智能手機的處理能力等同于上世紀80年代的Cray超級電腦，初創公司發射的衛星數以百計，從技術而言“靈巧導彈”計劃的可行性比過去提高了許多。在當前的這種局勢下，押注太空防御確實具有很大的意義。此外，相較地面設施，通訊、導航、觀測以及太空設備提供的區域性或全球性服務明顯更具優勢。然而，雖然這些技術在美國獲得了迄今以來的最大程度的研發，但并不是美國這個國家所獨有的。防御型和攻擊型的戰爭能否成為這些技術的“練兵場”，仍是未知數。

　　人類進軍太空之夢：阿波羅的孤兒

　　對于征服太空，人類似乎沒有迫切的需要，但我們將一如既往。

　　太空不一定會成為戰場，但并不是沒有先例。早在兩千多年前的《孫子兵法》中，先賢就明白制高點是兵家的必爭之地。對于武器設計師來說，空間軌道運行帶來的強大動能速度是太空帶來的禮物，因此關于太空的爭奪是冷戰的一種重要方式，而運載火箭則是德國V2導彈的發展，也是洲際彈道導彈的近親。最初太空的英雄就是戰士，代表其國家在太空單獨作戰。

圖7：舒適的孤兒

　　早期的宇航員并沒有真正的技術或業務目的。他們的存在，如同他們的任務，都是象征意義上的。但這種象征意義對于全世界影響深遠。在人造衛星上天之前，科幻小說已經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，那么這種對未來的期望就毫無意義可言。冷戰中超級大國之間的競爭也產生了同樣的渴望。如果太空探索是一場競爭，那么必然會有勝利者，這些勝利者必須應該是人而不是機器，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，這種萬眾矚目激勵著人類做到這一點。20世紀60年代，當時的孩童一代親眼目睹了阿波羅的登月之旅，對未來將要發生什么寄予期望。這種期望在未來的40多年不斷加深——渴望、不安、有時生氣，又渴望更多。紀錄片《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，航天飛機的失敗、通信衛星的發展、星球大戰計劃、國際空間站以及火星探測計劃，種種行動沒有一樣能夠滿足他們。對于這種心理，不能簡單認為需要更多的宇航員就可以了結。宇航員探索太空的腳步從未停止，因為他們覺得一旦放棄就是自信掃地。對于獨行俠來說，他們無法被滿足，是因為他們希望宇航員能夠盡快能對太空進行更深入的探索。人類的太空計劃總是停留在第軌道太空，這完全無法滿足這些獨行者的愿望。

　　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烈渴望。他們能夠激發自我潛能，能力遠大于賺錢和服務人類社會。然而，太空探索的實現依靠的不僅僅是硬件的進步和豐富的想象。當然，世俗技術的進步能夠是這些人更加富有，更好地向著自己的目標前進。

　　伊隆?馬斯克(Elon
Musk)就是其中的超強一員。他已經用行動證實，他能夠以較低的成本推動太空旅行技術的發展，他所開創的技術要遠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，近期其市值已經達到120億美元。馬斯克明確表示，在殖民火星之前，SpaceX不會上市。公司目的并不是將股東利益最大化，而是要創造歷史。

　　馬斯克將在九月底舉行的國際宇航大會上展示SpaceX殖民火星路線圖。這一計劃的關鍵是公司的全新一代火箭引擎Raptor，其推力遠遠大于SpaceX現有獵鷹9號火箭所采用的Merlin引擎，能夠將火星探測宇宙飛船送入預定軌道。而火箭燃料將采用液態甲烷，從而取代Merlin所采用的煤油燃料，能夠產生更為強大的推力，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，采用液態甲烷作燃料，不僅能夠讓火星探測器抵達火星，也有機會返回地球。

　　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，行星資源開發公司Planetary Resources總裁彼得?戴曼迪斯(Peter
Diamandis)就設立了Ansari X獎項，懸賞1000萬美元開發能夠將人送上100公里外太空的航天設備。2004年，由微軟聯合創始人保羅?艾倫(Paul
Allen)投資的太空探索公司Scaled Composites脫穎而出，其開發的實驗飛船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，將其作為平臺發射衛星和將人類送入太空。

　　而英國著名商人理查德?布蘭森(Richard
Branson)創辦了維珍銀河公司，該公司的業務組要是太空旅游。其研發的SpaceShipTwo太空飛船可以將六位付費客戶送入太空體驗太空的黑暗環境和零重力，目前已經有約700人為此支付了船票。但是公司業務發展遠遠慢于預期水平。2014年維珍銀河太空船發生事故，一名飛行員喪生。但確定的是，公司的太空船將會很快重返藍天。此外阿布扎比主權財富基金也對布蘭森的維珍銀河投資3.8億美元。

　　在太空旅游業務方面，布蘭森的主要對手的亞馬遜首席執行官杰夫貝索斯(Jeff Bezos)。貝索斯旗下太空探索公司藍色起源(Blue
Origin)所開發的New Shepard
火箭能夠將宇宙飛船送至SpaceShipTwo同樣的高度。貝索斯的野心還不僅限于此，目前藍色起源正在研發推力更大的運載火箭引擎，其性能與SpaceX的Raptor引擎類似。貝索斯稱是為他人研發這款火箭引擎，但無疑也有自己的太空探索計劃。當其談論自己的太空探索計劃時，表示夢想受到了杰瑞德?K?奧尼爾(Gerard
O’Neill)的影響。后者是上世紀70年代普林斯頓大學的教授，構想在未來人類社會所有的重工業將會被轉移到近地軌道，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力衛星反射到地面。產業工人將在廣闊的外太空定居，生產原材料來自于月球和小行星，而廢棄物將被太陽風一掃而空。貝索斯在談到軌道空間時也有類似的愿景。工業將全部處于軌道空間，而地面將回歸原有的綠色生態，所有所需的產品都可以由軌道空間的工業提供。

　　與SpaceX的火星探測相比，藍色起源或許更為保守一些。貝索斯要想建立一個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，可重復性使用的運載火箭。只有達到了這一點，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持續風險，有可能會實現這一點。同時，隨著太空旅游的普及，可能會吸引更多的投資者加入這個行列。

　　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劃，但其缺少載人航天設備。美國將火星看作其下一個目標，但似乎并不急于推進相關研究，而且如果馬斯克將目標定在了那里，美國可能會轉而開發月球。事實上，月球適于進行各種科學實驗，也存在豐富的資源。有人認為或許建立月球基地將成為美國的目標。

　　事實上，一個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備。正如目前美國航空航天局與SpaceX公司合作進行空間站物資補給以及人員往返一樣，未來月球基地的建設與后期維護也有可能承包給藍色起源、SpaceX、波音以及其他公司，這有助于降低成本。此外，諸如Moon
Express等公司也在推進私人月球計劃。

　　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做出貢獻。但又不同于馬斯克，他并不擁有價值數十億美元的太空飛船業務。但作為一名聰明的年輕工程師，他擁有想象力和技能，精通立方體衛星的技術標準，懂得如何展開眾籌融資。這些就足夠了。

　　要不是沒通過監管審核，今年7月從卡納維拉爾角升空的獵鷹9號就會攜帶一顆名為Kicksat的3U立方體衛星。這顆衛星中配備了100塊一側長3.5厘米、重4克的“精靈(sprites)”電路板，每塊電路板都帶有數個傳感器、一臺處理器、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。這顆衛星一旦進入太空軌道，每塊電路板會自行解開連接線，并脫離衛星進入太空，這樣地面的技術人員就擁有了發送信號供他們監測的迷你人造衛星。

　　曼徹斯特表示，要在衛星上增設傳感器或3厘米大小的智能手機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，售價只需數美分。

　　充當迷你衛星的“精靈”電路板可用來研究地球的上層大氣或者磁場。若獲得進一步研發，它們還可在小行星觀測任務中發揮輔助作用，數千只“精靈”負責從每個角度對小行星拍攝圖像，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太空之旅。但他設計的Kicksat衛星會比他更早抵達太空。這種納米級裝備的前景確實讓人期待。

　　延伸魔術

　　馬斯克的行動令人印象深刻。從太陽能的能源革命，到特斯拉的電動汽車，再到SpaceX的太空探索計劃，馬斯克多次都在試圖改變世界，創造歷史。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。事實上，在過去特斯拉和SpaceX都曾處于破產的邊緣，都未能如期完成馬斯克定下的宏偉目標。即便馬斯克能夠以更低的成本實現宇宙飛船的火星探測，對于公司55億發射業務來說依舊是負擔重重。Raptor雖然推力強大，但至少在初期，其也可能是危險的吃人猛獸。

　　相比于將人送至國際空間站，把數以百計的人送往火星是完全不同的任務。火星本身的環境也可能會導致計劃失敗。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，也不利于嬰兒的成長。相比之下，貝索斯的軌道太空計劃看來更為可行。但是貝索斯的計劃也面臨這諸多問題，必須保證現有制造業在外太空能夠有更多收益。在外太空，制造業需要考慮產業工人的生存問題——空氣、食物和水源。

　　隨著人類的延續，太空或將成為一個新的南極大陸。受到軍事條約的保護，僅僅用于科學研究和旅游。它不會成為一個新地球，但卻將是人類王國的美好延伸。總之，成為一個新的南極洲也是一件美妙的事情。這將在先行者的帶領下，通過人類富有遠見的洞察力、技術敏銳性以及雄厚的資本實現更大的未來。

　　或許，人類對于太空的探索永遠無法達到殖民其他星球或超出地球軌道的目標。但在未來幾年甚至于幾十年，會有更鼓舞人心的現實發展。無論如何，這個世界將更加互聯、通達、可知。