直面星链,中国商业航天发起64800颗虚拟卫星的共享星座共建计划

云脑智库 2022-07-01 00:00


在今年6月9日举行的“2022软件定义卫星高峰论坛”上,软件定义卫星技术联盟正式发布了64800颗虚拟卫星的共享星座共建计划。并首先计划与共建者携手,用100个月的时间,研制100颗新技术试验卫星,开展100个行业应用示范,完成1000个标准部组件产品和10000个应用软件的测试和认证,通过100次技术迭代将软件定义卫星均价降至百万元以下。

联盟秘书长赵军锁表示,在超大规模低轨星座领域,面对星链的碾压之势,我们靠“内卷”是卷不出来一个可持续发展的商业航天产业生态的。除了联合起来,组织起来,别无他法。也许,只有“马克思”才能对付得了“马斯克”。



实践软件定义卫星技术 实施共享星座共建计划

文 | 赵军锁(软件定义卫星技术联盟秘书长)


一、形势、风险和任务


1、严峻的形势

正如大家所清楚的,SpaceX正在用远低于市场价格的成本造卫星、发卫星,希望抢先完成超大规模低轨星座部署,形成对竞争对手的碾压,并筑高进入壁垒。就目前掌握的情况看,国内没有一家公司能够在技术能力、融资能力和市场野心上和SpaceX相匹敌,以至于也没有哪一家公司真正敢于对标马斯克,于是纷纷“调转矛头”,开始搞“集体内卷”。然而,对于以全球覆盖为根本特征的低轨星座来说,仅靠国内这一点儿市场和收益,内卷是卷不出来一个可持续发展的商业航天产业生态的。

马斯克的优势是通过纵向整合、横向扩张建立起来了一个可以自洽并且可以快速迭代的产业链,如图1所示。

图1 马斯克构建的产业链


其产业链企业,从左到右依次是,“道场”百亿亿次超级计算机、猎鹰火箭及星舰运载器、星链低轨互联网星座系统、特斯拉汽车、特斯拉人形机器人、Model π智能手机和推特。他用自己的火箭发射自己的卫星、用自己的卫星连接服务自己的汽车和手机、用自己的机器人和手机增强自己的汽车、用自己的“媒体”宣传自己、用自己的超级计算机为自己的箭、星、车、机器人、手机和媒体训练神经网络模型以不断提高其智能水平,并快速循环迭代。目前看来,这种模式是成功的。

马斯克模式之所以能够成功,其根本原因在于政府支持和资本青睐。美国政府和军方为什么支持马斯克,因为这种模式符合其军商融合大战略,并且具有巨大威力;资本为什么青睐马斯克,因为这种模式最有“把握”获得丰厚回报。

如果将火箭看做导弹,将汽车看做战车,将其机器人用于辅助作战,将其手机发给士兵,马斯克模式简直就是美国军事体系的商用版,照此发展下去,难保马斯克不会造飞机、造轮船。

马斯克模式是大资本终极模式的典型代表,目前已能撬动数万亿美元的资本,并且仍在快速迭代、高速发展、急剧扩张。与这种大资本复合体竞争,小生产和小资本是无能为力的,除了联合起来,组织起来,别无他法。也许,只有“马克思”才能对付得了“马斯克”。

2、巨大的风险

马斯克体系的核心是星链系统。正是这42000颗卫星,将全部要素组成了一个有机整体,并且可通过快速迭代迅速发展壮大。这42000颗卫星是一种威力巨大的“太空利维坦”,在其上可以叠加对地持续观测、电磁频谱感知、高精度时空基准等各种能力,甚至可化身导弹或用于拦截导弹,具有近乎无限的可能性。这种性质的基础设施绝不能只掌握在一个人手中,否则势必演变为整个世界的巨大风险。

我们知道,当今互联网的接入网是无线的,以Wi-Fi或5G为主;其核心网是有线的,以光纤或铜缆为主。目前,洲际流量的99%以上都是通过486根海底光缆传输的。这486根光缆的主要控制权在谁手上,大家也都清楚。如果美国再在此基础上用42000颗通信卫星对现有互联网基础设施进行重构和升级,互联网的整体结构将变得对其更加有利,更便于其掌控全球互联网流量。届时,万一美国发起针对某些国家和地区互联网的流量管控、截断、渗透、攻击,后果将不堪设想。

除此之外,这42000颗卫星还将有助于美国建立绝对军事优势,甚至可能打破核武平衡。近期星链介入俄乌冲突,引发大量讨论,问题基本上已经十分清楚了。有些人可能还心存侥幸,那就请读一读恩格斯的《反杜林论》,恩格斯通过考察战争史,早已给出了结论:“一旦技术上的进步可以用于军事目的并且已经用于军事目的,它们便立刻几乎强制地,而且往往是违反指挥官的意志而引起作战方式上的改变甚至变革。”

有了这42000颗卫星,互联网马上就可以延伸到光纤不可达的每一个角落,从而创造出无数条高价值的新连接,让整个互联网变得更加紧凑,更加敏捷,更加通畅,甚至将十几亿辆车、上千万艘船、数十万架飞机都无缝接入互联网,从而实现对全球交通网络的重构和升级,进而实现对全球物流的监控和管控。

巨型星座是一个天然具有全球属性且无比重要的基础设施,我们必须采取有力措施,确保它不被任何国家用来谋求霸权,甚至将其用于军事目的。否则,这42000颗卫星终将成为高悬于太空的达摩克利斯之剑,其他国家将不得不天天面对这一巨大威胁。

3、艰巨的任务

美国的目标是“太空利维坦”,我们的目标是在外太空推动构建人类命运共同体。能否在星链演变成“太空利维坦”之前,将“太空人类命运共同体”变为现实,就成了摆在我们面前的一个无比艰巨的任务。我们既不应抱有任何侥幸心理,认为马斯克无法实现其42000颗卫星的目标;也不可天真地认为星链只不过是一个“商业壮举”,因此没必要“兴师动众”,最多积极开展公平的商业竞争就万事大吉了。我们必须看到太空的极其特殊的核心战略地位,并将星链计划的快速推进和美国谋取太空霸权、寻求压倒性战略优势的军商融合大战略结合起来看,这样才能得出正确的结论。

1957年,苏联成功发射人类第一颗人造卫星“斯普特尼克1号”,美国举国震惊,倍感压力,因而不惜动用全国力量,接连实施了阿波罗计划、星球大战计划,并最终实现了反超越,建立了自己的太空优势。现在,星链计划成了全球所有其他国家的“斯普特尼克时刻”,到底如何应对,就成了摆在世人面前的一个极其重要且万分迫切的问题。

在造星方面,消息称SpaceX公司已能够将其卫星的成本控制在25万美元/颗,据说其目标是将卫星成本降到2.5万美元/颗。在发射方面,其猎鹰九号火箭的最新发射价格是6700万美元,一次可以发射60颗卫星。考虑到其第一级可回收并重复使用(截止6月18日,最高纪录已达一箭13次飞行),每颗卫星的发射成本已可控制在50万美元以下。此外,根据SpaceX的官宣信息,其可完全复用的星舰运载器未来每次发射成本低于1000万美元,按照星链卫星v1.5版本重310kg计算,一次可发射400颗左右卫星,这样算来,其发射每颗卫星的成本仅有2.5万美元。也就是说,未来在理论上,SpaceX研制和发射一颗卫星的成本有望降低到5万美元左右。如此来看,建设一个42000颗卫星的超大规模星座,其成本也就20多亿美元,还不到詹姆斯·韦伯望远镜造价的四分之一。即便SpaceX现在就停止了技术迭代,仅依赖其当前的技术能力,星链计划的总投入也不过300多亿美元,对于一个操控着上万亿美元的商业帝国来说,这并不是什么太大的负担。

我们是否能够以更低的成本、更快的速度建设和运营一个更为庞大的星座,为世界人民提供更好的、更为优质的天基综合信息服务呢?这就成了摆在每一个航天从业者面前的一个近乎无法完成的艰巨任务。

在强大的对手面前,是“束手就擒”还是“积极应对”?我们还有没有机会?如果各自为战、单打独斗,基本上没有任何希望。但时间窗口还在,“办法总比困难多”,事情还有变化的可能。我们认为,只要坚持和平利用太空、平等利用太空、共建共治共享、人类命运共同体等发展理念,共同“实践软件定义卫星技术,实施共享星座共建计划”,就一定能够将一切有益力量联合起来、组织起来;只要我们始终坚持为全球用户提供“规则平等、机会平等、权利平等”的服务,并坚持“太空属于全人类”,就一定能够得到更多国家的支持,从而改变未来可能出现的太空独霸局面。

美国的太空总方针是“赢者通吃”“美国优先”“太空霸权”,我们的太空总方针是“共建共治共享”“世界大同”“和平利用太空”。在SpaceX正逐步演变为“太空利维坦”之际,中国的航天业者更应承担起自己的历史责任,积极响应党和国家的号召,采取切实有效的措施,制定切实可行的计划,为人类和平利用太空做出开拓性贡献。“实践软件定义卫星技术”就是这样一条有效的措施,“实施共享星座共建计划”就是这样一个切实可行的计划。


二、目标、办法和前途


1、目标

我们的目标不是取代星链,而是超越星链,体现在以下几个方面:在政治理念上坚持“和平利用太空”“平等利用太空”,在发展模式上坚持“共商、共建、共治、共享”,在技术手段上利用“软件定义卫星”,和持有相同理念的国家、组织或个人一道,联合起来,以更低的成本、更快的速度建设和运营一个更为庞大的星座,并按照“权利平等、规则平等、机会平等”的原则为全世界人民提供更好、更为优质的天基综合信息服务。

为此,我们倡议“实践软件定义卫星技术,实施共享星座共建计划”,并欢迎一切持相同理念的国家、组织和个人加入这个计划,遵循《共享星座共建计划组织协定》《共享星座共建计划业务协定》和《共享星座共建计划投资协定》,参加共享星座的建设、治理并获取收益、享有服务。

共享星座分为虚实两部分。其中虚拟卫星64800颗,这些卫星在概念上是全能的,均匀分布在地面上空369公里处的网格内,且相对地面静止不动,如图2所示;实体卫星1~64800颗或更多,当其沿轨道飞行时,将“按需点亮”虚拟卫星,“照单激活”星上应用,为用户提供所需的服务。此处所说的卫星是一种能够不断地用新软件定义出新功能的卫星(即软件定义卫星),支持应用软件按需加载、卫星功能动态重构,可以在不同空间、不同时间扮演不同角色,为不同用户服务。

图2 将地表上空划分为64800个网格,每个网格中布设一颗全能的虚拟卫星


为公平起见,共享星座的运行将严格遵循如下原则:

原则一:在虚拟卫星上部署非公用软件时需征得其星下点国家的同意;

原则二:实体卫星有权决定不点亮哪些虚拟卫星、不激活哪些应用;

原则三:虚拟卫星有权决定仅使用哪些实体卫星激活其应用。

共享星座的运营者将保证共享星座严格按照上述规则运行,并接受共建者监督,确保共享星座不危害任何一个国家的安全利益,并保证每一个共建者和用户的合法权益。

软件定义卫星解除了应用和卫星之间的绑定关系,虚拟卫星解除了用户和卫星之间的绑定关系。解除了这两种绑定关系之后的产业新生态如图3所示。

图3 共享星座带来的产业新生态


这样做带来的好处是开发者再也不用为具体的卫星研发软件了,而只需为标准的全能的虚拟卫星开发软件;用户再也不用关心自己使用的到底是谁家的卫星了,而只需根据自己的需要发出“订单”(什么时间在什么位置运行什么软件等);厂商再也不用为某个用户定制卫星了,而只需针对全部虚拟卫星上的订单设计和研制卫星,以求能点亮更多的虚拟卫星、能激活更多的应用软件并获取更多的收益。

虚拟卫星的引入为优化资源配置,加速各方的独立迭代创造了条件,为建立更加繁荣的产业生态创造了可能。假以时日,必能盘活整个航天应用市场,释放出无尽潜力。

2、办法

如何“实践软件定义卫星技术,实施共享星座共建计划”呢?这是一个系统性的问题,所以不能零敲碎打,东一榔锤西一棒槌,必须多方联动。实现多方联动有三大关键环节,一是实践软件定义卫星技术,其目的是通过快速迭代实现持续创新,以建立技术生态;二是实施共享星座共建计划,其目的是建立市场正反馈,从而实现持续发展,以建立应用生态;三是开展多方合作,尽快破解低成本快速发射难题。

(1)对于第一个关键环节,我们决定由日照软件定义卫星技术研究院牵头组织实施“天智创新计划”。这个计划的主要内容是:依托软件定义卫星技术联盟中的优势单位,用100个月的时间,研制100颗新技术试验卫星,在全国294个地级市、30个自治州、7个地区、3个盟分别开展行业应用示范工作,并在此基础上,完成1000个标准部组件产品和10000个应用软件的测试和认证,通过100次技术迭代将软件定义卫星的平均制造成本降至60万元以下。

这100颗新技术试验卫星的总体方案由日照软件定义卫星技术研究院牵头,其软件研制由中国科学院软件研究所天智团队牵头,其硬件研制由北京劢亚科技有限公司牵头。该计划的重点是以天智团队的顶层设计为基础,将全国2756高等院校的在校大学生、研究生组织起来,为64800颗虚拟卫星开发高质量的应用软件。

天智创新计划是开放的,我们希望将其打造成一个面向全球的集成创新和协同创新平台。我们欢迎卫星厂商、载荷厂商、部组件厂商、芯片厂商以及代工厂随时加入,参与这100颗新技术试验卫星的研制;我们欢迎软件企业、终端厂商以及汽车厂商、航空公司、云计算厂商等随时加入,共同利用64800颗虚拟卫星和这些新技术试验卫星开展行业应用示范。

我们将不断探索降低卫星研制成本、提高点亮虚拟卫星能力的技术和方法,并逐步建立起以产品货架和应用商店为核心的技术生态。

(2)对于第二个关键环节,我们组建了“天勰力卫星科技有限公司”,负责共建、共治、共享等组织工作。在共享星座的建设上,将以天勰力为主、以共建者为辅。天勰力这个名字的含义就是将天上的各种碎片化能力整合成一种强大的新质力量,为用户提供更好的服务,其系统结构如图4所示。

图4 共享星座系统结构

在总体设计和卫星研制上,天勰力委托日照软件定义卫星技术研究院抓总,由后者组织联盟优势成员单位,以天智创新计划为基础,共同为天勰力提供高性价比的产品。

欢迎广大商业星座建设和运营商、测运控服务提供商加入共建,将你们的卫星、地面站加入到共享星座系统中来。这样做有四大好处:一是可以利用天智创新计划的成果和研究院的一部分试验装置,节省自身卫星制造和试验费用;二是当您的卫星入轨之后,天勰力将购买一部分使用权,卫星方获得直接收入;三是可以获取更多的可用星站资源,增强市场竞争力;四是以共建者身份成为天勰力的股东,获取共治权利并共享运营收益。

在适当时候,我们将考虑开拓“一带一路”沿线国家的相关合作,在内循环的基础上开启外循环。

(3)对于第三个关键环节,我们希望和广大发射服务提供商、火箭厂商通力合作,通过星箭一体化设计共同提高发射能力、降低发射成本。但合作的范围并不限于低成本火箭、可回收火箭,也可以考虑一起修建特殊的“跑道”,例如共同探索将卫星直接“抛”入太空的创新途径,如图5所示。进入太空后,卫星即可利用其自入轨能力进入预定轨道,同时可极大地降低发射阶段对测控的强依赖。总之,我们的目标是尽快将每颗低轨卫星的发射成本降低到40万元以下,并且越低越好。虽然这条超级跑道的建设成本和维护成本可能很高,但其附加收益也非常之高。这并不奇怪,副业比主业赚钱的事情是常有的。例如贵州省《市县经济动态第4期2020年全省县域经济发展统计监测报告》显示,投入11.5亿元的FAST为平塘县带来了159.5亿元的旅游收入。所以,这条巨大的、超级震撼的“天路”,其主要收入可能并不是区区一点发射费用。


3、前途


我们的大脑有上千亿个神经元,每个神经元有上千条连接,正是凭借这数百万亿条活跃的连接,我们才有了意识,才成为这个星球上的万物之灵。现在,我们的美丽星球正在慢慢步入网络文明时代,地球上的所有人类和资源正在经由各种迅速增加的连接(路网、水网、电网、油网、气网、电信网、互联网和互联网之上的社交网、支付网等等)连成一张大网,正在发展成为一个日益复杂的有机体。并且这个体系正在加速演化,不断生成新的连接、不断优化老的连接、不断加入新的节点、不断优化老的节点。

毫无疑问,互联互通和软件定义是网络文明时代的元模式,互联互通用于增加每个节点的连接能力,软件定义用于增强每个节点的智能水平。杜克大学数学家亚德里安-贝扬在《设计的本质》一书中说,所有体系的基本属性都是让系统中的所有部分都能彼此连接起来,并使得系统的整体流动最大化。从这个角度看,未来一段时期,建设互联互通将成为最好的投资,发展软件定义将得到最大的回报。未来国家或企业间的竞争焦点就是看谁的超级节点更多、谁拥有的高质量连接更多。没有哪个国家、哪个组织可以独立于这个体系之外。

每个节点的体系贡献率取决于这个节点的能力及其所处的位置,每个连接的体系贡献率取决于这个连接的质量及其所传的东西。整个系统将随着节点、连接的变化而不断向前演进。每个节点和连接的变化都会对整个系统产生影响,系统的结构变化也将反过来对每个节点和连接产生影响。但相比于个别节点和连接的变化,结构性、体系性的变化要缓慢的多,大的结构性变革几十年才一次,大的体系性变革几百年才一次,但这个过程正在加速,也就说,变化本身也在变。很多人都在说百年未有之大变局,但很少有人知道这个大变局将从“天”开始。随着数以千计、数以万计的智能卫星发射入轨,世界上的每一处都将被连接起来,来自上帝视角的世界真相将有望随时呈现在世人面前,所有人都将具备随时把握事态进展的超级能力。“天”将成为一个巨大的超级节点,并创造出数以千亿计的骨干连接,同时对现有的数以千亿计的老连接(交通网络、能源网络、信息网络等)进行优化,并催生数以万亿计的毛细连接,进而影响到整个世界的运转方式,改变当今世界的政治、经济、军事、文化、金融格局。

“实践软件定义卫星技术,实施共享星座共建计划”一方面是为了加速这个进程,以更低的代价实现更好的效果,让太空承载更多的连接、让太空变得更加的智能;另一方面是为了确保世界各国都能参与其中,确保这个重要的基础设施只用于和平目的,并为全球人民提供“规则平等、权利平等、机会平等”的服务,进而促进世界和平和经济繁荣。

共享星座共建计划是一件极其光荣而伟大的事业,必能得到各方的积极拥护,吸引更多的用户、更多的共建者,通过虚拟星座将各方都组织起来,让各方都能从这个计划中得到丰厚回报。

64800颗虚拟卫星将承载数以百万计的应用软件,创造出巨大的经济价值。按每颗虚拟卫星平均每天可以获得1万元的订单计算,则总的订单规模将高达2365.2亿元。考虑到全球有14.2亿辆汽车、3409万艘航船、56.4万架飞机,还有30亿人没有接入互联网,如果这些人、车、船、飞机都能成为虚拟卫星的用户,按每天每人每车每船每飞机收1元服务费,其总收益将高达1.6万亿元。也就是说,蛋糕足够大,有足够的利润空间,合作比竞争收益更多。

共享星座共建计划的原则是“能者多劳、多劳多得”,只要你有本事“点亮”更多的虚拟卫星,你就能够得到更多的收益。“订单”就摆在哪里,就看你怎么做了。我们鼓励用户提前将其“订单”放到虚拟卫星上,以吸引更多的共建者,这样更有助于自己得到更好的服务。

这个方案的最大好处是,1颗实体卫星也能工作,64800颗实体卫星也能工作,更多的实体卫星也能工作。具体需要多少颗实体卫星,一方面取决于“用户订单”的多少,一方面取决于“卫星能力”的大小。实体卫星能够点亮的虚拟卫星越多、点亮的时间越长、点的越亮,收益就越大。

这是一个可以持续发展、迭代循环、不断生长的动态体系,用户、开发者、共建者互相激发,共享星座将变得越来越大、越来越强。

我们坚信,只要我们能组织起来,联合起来,坚定不移地“实践软件定义卫星技术”,“共享星座共建计划”就一定能够实现。“我们的目的一定要达到。我们的目的一定能够达到。”

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