文|Clelia Iacomino et al.
翻译|慧诺
来源|ISPI
▲ 图源:ISPI
太空经济(space economy)源自到冷战时期的全球地缘政治竞争,尤其受到美苏争霸的影响。然而,太空部门在创始初期主要以重大的国家利益和安全任务为导向,获得国家政策的强力支持,而战略性的军事目标推动了发射能力和卫星技术的快速发展。因此,政府对太空部门的结构和动态产生了深远影响,长期充当开发战略资产的私营公司的主要客户和资助者。
由于缺乏即时的财务回报,在太空领域的私人投资和研发并不出众。然而,随着公共投资积累的创新技术愈发成熟,各国政府(美国率先)开始制定相关产业政策促进竞争性的太空市场发展,并获得私营企业的积极相应。
自上世纪80年代以来,美国航空航天局(NASA)开始推动个别项目的商业化运作,例如私有化太空飞行和国际空间站运营。然而,在相对老套的“成本加成合同”模式下,企业必须遵循NASA的各项强制规定,并受到政府官员的严格监督,其创新动力受到限制。
2004年,NASA的勘探系统开发任务局(ESMD)的一份调查中显示,私营企业更倾向与NASA建立更灵活的关系。对此,NASA将新的原则纳入公私互动机制中,并最终自2005年起实施“商业轨道运输服务(COTS)”倡议,即“固定价格合同”模式。这些合同规定为一系列特定技术成就提供确定的中期经费,如果项目还实现了其他次要目标,则有望追加最终的总资金。
在COTS的背景下出现了“知识产权(IP)授权”这种制度创新——机构可以将IP授予业务合作伙伴,而后者可以处置此基础上设计和开发的成果。显然,私营主体将更加有兴趣参加公共项目,从而推动产品的质量改进和成本降低,并最终实现更可持续的技术进步。
随着太空部门的转型,一个更有活力的新兴经济正在崛起。自此,私营企业的参与不再局限于商业利益,还表现出对公共价值日益增长的兴趣。对于太空部门而言,国家和政府依然是重要“企业家”,但在一些垂直领域中,其身份也在转型成为促进者、监管者或客户。鉴于太空行业的日益复杂性,其不可避免地需要涉及私营部门;在新的“公私”关系中,国家的角色也在被重新定义。
太空经济通常被分类为上下游两大领域。上游包括设备制造(卫星、发射器和航天器)和基础设施(指挥、控制和通信),以及太空发射和运输服务。通过提供硬件,上游为下游提供了支持。下游则覆盖了基于太空和地面系统资产提供的各种服务,包括通信、定位、导航、时间同步和遥感等,这些往往都由卫星运营商提供,客户覆盖政府、企业及个人。
大市场催生投资热。以科技富豪为代表的私人投资不断涌现,如保罗·艾伦(微软)、理查德·布兰森(维珍)、贝佐斯(亚马逊)和马斯克(特斯拉)。在过去的十年中,太空经济相关的股权投资总额已达到2800亿美元,复合年增长率近3.86%。
相比传统的设备制造和基础设施建设,投资者更偏好卫星产业链。卫星领域在2014年至2022年期间累积股权投资规模约为2460亿美元,占总额的近88%,其次是私人发射领域,投资规模约为289亿美元。此外,地球轨道相关产品和服务(空间站和物流)的投资规模为42亿美元,主要是由私人太空站开发和运营公司推动。与月球相关的项目融资为9亿美元。最后,约2亿美元投向了专注于太空矿产提取技术和能源生产的公司。
3 “淘金”赛道一: 卫星服务与应用,全球互联的新支柱
卫星已彻底改变了我们的世界。卫星可用于通信、探索和环境监测,并创造出一个更复杂的技术创新图景,支撑着现代社会的发展。卫星有各种各样的形状和大小,可以量身定制以满足特定用途。
不同轨道决定了卫星的应用和能力。静止轨道卫星(GEO)与地球的自转保持同步,看起来像是悬浮在地球上的一个固定点,往往在地球赤道上方约35786公里的高度。这个独特的位置和轨迹使它们非常适合通信和广播服务,可以使用重达400公斤以上的大型卫星为广阔区域提供持续覆盖。低轨道卫星地球(LEO)以离地表很近,能够提供高分辨率的图像和数据,主要用于观测和环境监测。如今低地球轨道也被用于建立大型星座,以实现全球互联(如SpaceX的星链项目Starlink)和其他通信方法(如欧洲的“卫星韧性、互联和安全基础设施”IRIS 2项目)。此外,导航卫星也可以组成复杂的星座,发射精确的信号,使地球上的设备能够确定它们的精确位置和方向。美国GPS、欧洲伽利略以及中国北斗系统是该领域的革命性力量。
卫星通信必将是全球互联的支柱,实现数据、语音和视频在更广范围内的无缝传输。从繁华的大都市到偏远的村庄,卫星通信连接了社区,弥合了地理分隔,促进了全球交流。卫星导航系统是现代交通的基石,为船舶、飞机和车辆提供实时定位和方向信息。
具体来看,卫星的“服务”和“应用”是两个领域。“服务”涉及由卫星技术执行的功能,包括远程感测、导航、电信和气象数据的收集和传输;“应用”包括整合和处理卫星数据,以提取支持陆地操作的信息。卫星服务是应用的基础,而卫星应用将整合“非太空”领域的流程、产品和服务中,进一步扩展了卫星的效用。如今,行业巨头如西雅图的BlackSky、旧金山的Planet、Starlink、OneWeb(空客旗下)和即将推出的柯伊伯系统(Kuiper Systems,亚马逊旗下)都在低地球轨道部署了一系列小型卫星,用于远程感测服务(Planet和BlackSky)和宽带连接(Starlink、OneWeb和Kuiper)。
卫星系统的私人客户越来越多,相关的商业服务和模式也更加丰富。在地球观测领域,企业开始生产和销售能够每日访问的中分辨率图像,以满足其他陆地活动的需求。在电信领域,企业能够提供更低延迟、更高带宽的远程地区连接服务,以支持陆地基础设施。在国家战略部门,如农业、能源、交通、保险和电信领域,卫星企业也在启动试点项目,以评估未来服务和应用的潜力,并完善它们与特定领域需求的兼容性。
整合卫星数据可以产生经济、环境和社会优势,通过降低成本、提高现有产品和服务的质量,以及引入有助于经济增长的新业态。因此,政府需要提高企业客户和群众对卫星技术潜力的认识,并鼓励在国家层面的采购和应用,这将有助于扶持更强大的卫星运营商,扩大其业务规模并提高其在国内和国际上的竞争力。
目前,地球观测在整个太空行业中的市场份额相对较小(约为5%),但有趣的转变正在发生(特别是在上游领域),即有远见的公司正在拓展中小型企业等非传统的合作伙伴。虽然只有极少数企业能实现重大技术创新,但战略性地拓展业务范围可逐步降低成本和价格,让这些宝贵开放给资源有限的实体。全球卫星通信市场依然是太空经济的核心部门,其2022年规模已达770.7亿美元,并且未来有望持续告诉增长。其中,Starlink及其创新的订阅服务模式也让更多商业应用成为可能。
4 “淘金”赛道二:太空旅游,期待更多“中产”客人?
太空旅游涉及两个范畴:在空间上,其超越了地球大气层;在产品/服务内容上,其旨在为个人提供独特的新体验。参与者可以在亚轨道或卫星轨道飞行,从太空中观察地球,对于很多人的确具备吸引力。如今,蓝色起源(Blue Origin)、SpaceX和维珍银河(Virgin Galactic)等企业已能够提供各种太空飞行体验,进而满足私人公民对太空探索日益增长的兴趣。
随着技术的进步和更多的参与者进入市场,太空旅游不断演化,更多人有机会以一种新的方式来接触外太空。自2001年美国富豪丹尼斯·蒂托(Dennis Tito)参加国际空间站(ISS)的访问任务以来,这个行业已发生巨大变化;蒂托为这个无与伦比的经历支付了2000万美元。今天,从太空的观察地球的魅力不仅吸引了富豪的想象力,还激发了更广泛的商业太空飞行/体验需求。
当前,领先的商业航天企业已开始涉足太空旅游领域,根据多样化市场需求,推出各异的高度、模块配置和持续时间的服务。蓝色起源与维珍银河已启动亚轨道飞行预订,此类飞行旨在达到太空标准高度,沿低速轨迹穿越地球大气层,并在发动机关闭后缓慢降落。在自由落体过程中,游客可体验约100公里的高度和数分钟的失重状态。当前门票价格约为45万美元,飞行时长90分钟。
相较而言,SpaceX尚未开放预订,但正积极探索实现真实轨道飞行的途径。轨道太空飞行高度逾400公里,允许游客在太空中逗留数天甚至更长时间。此类飞行旨在完成至少一个完整轨道飞行,因此需保持轨道速度。由SpaceX主导的轨道太空飞行,因飞行时间、速度和距离增加,价格相对较高。据悉,2021年,SpaceX的四名乘客需每人支付5000万美元参与轨道太空飞行。
当前,月球太空旅游尚处于设想与计划的阶段。SpaceX已启动DearMoon项目,由日本亿万富翁前泽友作资助,计划在2023年运用SpaceX的星舰飞船实施发射。与此同时,诸多机构正致力于研发尖端技术并制定雄心勃勃的计划,共同推进太空旅行的发展。波音的星际客船(Starliner)作为NASA商业航天计划的关键部分,体现了推动太空旅行商业化的承诺,旨在为更高效和更易获得的太空探索作出重大贡献。此外,私人空间站公司“公理太空”(Axiom Space)和富豪艾萨克曼(Jared Isaacman)资助的北极星计划等倡议亦同步推进,旨在领先突破太空旅行技术的界限,为更多人提供便捷和可接触的太空探索途径。
太空旅游的吸引力已超越小众市场:进入外太空不仅是更广泛人群渴求的经验,也是相对成熟的技术服务。作为一种新的范式转移,太空旅游位于技术创新、创业愿景和人类对探索的普遍欲望的交汇点。
在这一背景下,太空旅游不仅代表着人类生活物理空间的拓展,还象征着通往新时代的大门——太空的奇迹成为人类经验的一部分。虽然目前亚轨道和轨道太空旅行的成本相对高昂(门票价格在45万美元至5000万美元间),但随着技术成熟和市场规模扩大,更多人群有望接入相关服务。
5 “淘金”赛道三:私人空间站,迎接国际空间站的退役
在2022年,NASA宣布其计划在2030年前退役国际空间站(ISS),而国际空间站重返地球大气层并终结在南太平洋无人区的时间表则定为2031年初。在这个过渡期间,研究和数据传输将持续到2028年末,同时NASA准备将未来的空间站任务移交给商业机构。NASA的商业太空主任菲尔·麦克阿尔斯特(Phil McAlister)强调,这个过渡将在国际空间站退役后“平稳过渡”。
由于国际空间站的老化,以上转型不可避免。国际空间站存在一定的结构问题,导致修复和升级比彻底替换更加昂贵。空间站的商业化转型也带来了巨大的希望,NASA只采购必要的货物和服务,可以从空间站的业务中解放出来,进而专注于太空探索的更多其他项目。在操作上,NASA提出“国际空间站过渡报告”概述的指南,不仅包含了“平稳过渡”的基本步骤,也涉及促进太空经济的内容。
随着国际空间站的时代即将结束,其他国家也正在开发自己的太空探索之路。例如,中国在2021年成功发射了“天宫空间站”的第一个模块,同时还与联合国外层空间事务办公室(UNOOSA)合作,通过国际伙伴关系在其新空间站上进行科学实验。同样,俄罗斯宣布计划在2025年底退出国际空间站计划,其新开发的俄罗斯轨道服务站(ROSS)预计将于2028年开始建设。
(一)空间站有什么用?
多年来,国际空间站作为“国际合作”的重要标志,是美国、欧洲、加拿大、日本和俄罗斯之间最关键的长期合作项目。数十年来,NASA一直是低地球轨道载人航天领域的独占者,既提供服务又满足各类需求。即便国际空间站退役,NASA也会积极开发相关基础设施,实现更便捷地进入低地球轨道,并为其他商业实体提供能力和服务。
基于太空科学发展中心(CASIS)项目,NASA期望进一步加大对私营部门的支持力度,助力商业运营商充分发挥国际空间站的优势。私人空间站有望引发行业变革,新的融资模式也将为广泛的应用形态打开大门。随着私人主体能力的提升,公私合作伙伴关系(PPP)的项目数量正不断增加;能源和采矿等商业领域将成为太空经济发展的首批受益者,其有望在月球等天体上建设太阳能电站并直接提取太空资源。
多年来,国际空间站在公共外交领域发挥了举足轻重的作用,通过多边合作伙伴关系与协同努力,不仅推动了科技事业的蓬勃发展,还为全球合作与人类进步提供了重要平台。此外,国际空间站为地球带来了诸多利益,例如水净化、蛋白质晶体生长、超声技术、医学研究、灾害预警、流体动力学和空气质量改善等领域的突破。这些成果得益于太空独特的微重力环境,提升了实验的精确度和效率,降低了成本,并优化了财务资源的配置。因此,放弃这些潜在可能性无异于自毁前程。
(二)私人空间站如何发展?
为确保当前的国际太空站向私人运营的新型“生态系统”无缝过渡,NASA已于2021年12月采取了重大行动。通过与三家美国公司签署合作协议,NASA旨在构建一个以美国公司为主导的经济系统,共同掌控空间站设计以及其他太空目的地的商业化开发。
据此,美国的《太空法》推动了政府的大规模投资。三家关键公司分别获得了1.306亿美元(华盛顿州肯特的蓝色起源)、1.6亿美元(得州休斯顿的NanoRacks)和1.256亿美元(弗吉尼亚州达勒斯的诺思罗普·格鲁曼公司)的资金支持。此外,得州公司Axiom Space主导了另一个项目,计划在2024年前将模块对接至国际空间站,随后再完成分离并最终成为独立运营的自由空间站。
加州长滩的初创公司Vast Space发起了另一个重大项目,其计划将多个太空站送入轨道并组建一支舰队,以提高未来任务的效率和效益,最终其可以成为一个大型的“太空宿舍”。与其它项目不同的是,Vast Space通过提供生活单元,同时面向执行任务的宇航员(这些任务未配备睡眠或日常生活模块)以及寻求新生活体验的私人主体。该公司声称,目前其全部资金公司创始人、亿万富翁杰德·麦卡莱布(Jed McCaleb)提供,投资额高达3亿美元。
通过以上各项举措,NASA希望在推动商业化运营的过程中,继续维持美国在低地球轨道运营中的重要地位。现行项目正在通过合同协议和法规推动制度建设,设定明确目标。参与者必须经过严格筛选,最优秀的公司才能获得财政资源和NASA运营能力的支持。NASA已经积累了系统性的经验,了解需解决的问题和时间表,能够提供最合适的合作机制。然而,实践中的法规框架尚不完善,NASA推动的“商业低地球轨道发展计划”的实际立法工作推动有限,并且国际参与较低。
6 “淘金”赛道四:月球探索与利用,“跑马圈地”进行时
(一)历史背景和法律框架
作为地球的天然卫星,月球始终激发着人类的探索欲望。自1957年苏联发射斯普尼克卫星(Sputnik)以来,登月成为各国太空机构最具雄心的目标之一。除了科学价值,登月还在冷战背景下传递着地缘政治信息。12年后,即1969年7月,美国宇航员尼尔·阿姆斯特朗和埃德温·奥尔德林成为首批踏上月球的人类。通过NASA的阿波罗11号任务,这一历史性的成就呈现于全球电视屏幕上,宇航员在月球上行走的标志性画面成为现代社会集体记忆中难以磨灭的瞬间。
在探讨月球探索与开发时,不得不关注太空法领域。首要审查的是1967年1月27日签署的《外层空间条约》,这一具有里程碑意义的条约奠定了国际太空法的基础,规范了外层空间及月球利用,并解答了有关太空资源产权与使用的复杂问题。核心原则是外层空间应对所有国家开放,不得歧视,并允许各地区天体自由进入。
半个多世纪后,即2020年10月,NASA和美国政府推出“阿尔忒弥斯协定”(Artemis Accords)。截至2024年初,这一非约束性多边条约已有34个参与国家(主要包括发达西方国家,以及印度、阿根廷、巴西、哥伦比亚和阿联酋等发展中国家的伙伴),其广泛的目标就是要在2025年前让人类“重返”月球。因此,阿尔忒弥斯协定推出了雄心勃勃的“月球门户”(Lunar Gateway)项目,计划建立第一个位于月球轨道上的地外空间站,具备宇航员通信枢纽、科学实验室和短期居住模块等多重功能。该项目的合作方包括四个主要国际空间站合作伙伴机构:NASA、欧洲空间局(ESA)、日本宇航探测局(JAXA)和加拿大空间局(CSA)。
然而,阿尔忒弥斯协定并未解决一些关键问题,如月球领土分配机制或外层空间资源分配等,这些问题可通过评估《外层空间条约》的立法价值来理解。阿尔忒弥斯协定也受到了批评,有人指责其过于以美国为中心;而中国和俄罗斯等国则表达了保留意见,通过引用《外层空间条约》,强调其中缺乏明确机制来确定各国有权使用月球领土的哪一部分。事实上,在政治和主权层面的辩论背景下,关于月球及其他天体活动的全面国际立法框架尚不存在。然而,随着太空产业的发展,尤其是太空发射数量增加和私人空间站成为现实,太空法的重要性日益凸显。
(二)月球资源利用和投资潜力
私人主体正与国家太空机构合作,推动外层空间的商业化,尤其抓住月球探索带来的机遇。其中,月球矿业就是最引人注目的商业机会之一:最令人垂涎的资源之一是氦-3,这是一种潜在的核能源源,还有白金这样的贵金属等;冰也非常重要,其在生命支持系统和燃料制备方面发挥着关键作用,因此在短期和中期都有巨大潜力。当前的太空活动和探索任务受到地球表面发射的推进剂数量的严重限制。月球由于与地球相比的较低重力,成为水和氧气等对于生命支持系统至关重要的资源以及用于未来从月球领土发射的“月球”推进剂的吸引资源。
研究模拟显示,完全由私人投资者资助的模式产生了负净现值(NPV)。这一不利结果源于与探索阶段相关的不确定性,这些不确定性通常超出了最初的估算。相反,私营与公共运营商的合作几乎100%呈现正净现值,此概率通过蒙特卡洛模拟得出。此外,这一方法具有令人瞩目的内部回报率(IRR),显著高于评估所采用的17%折现率。虽然外层空间尤其是月球所提供的商业机遇引起了广泛关注,但与月球任务相关的重大风险使得私营公司目前无法单独承担。因此,政府机构和机构需提供必要支持,确保这些项目在经济和财务上可行,或许还需与非太空产业合作。
建设和运营太空基础设施需在众多技术学科上具备科学和技术专业知识,尤其是涉及向太空领域的知识转移(如数字化、能源、材料、医疗、采矿等),以开发更适用于外层空间恶劣环境的硬件和软件。例如,矿业巨头力拓(Rio Tinto)正与NASA合作,探讨可用于从月球表面提取资源的采矿技术。近期,该公司在澳大利亚西部的皮尔巴拉地区的运营中部署了无人钻井设备,这项技术可视为从月球提取资源的初步测试任务。大量初步计划都建议在无人条件下设计月球推进系统,即所有操作阶段(包括建设、运输、维护、修理、提取、精炼、推进剂储存和转移)均通过机器人实施。
7 “淘金”赛道五:太空基太阳能,探索宇宙的能源基础
(一)科幻大片还是技术创新?
太空领域创新解决方案的可行性与能力,对于解决人类社会面临的一系列紧迫问题具有重要意义,这将直接影响商业与私人参与太空经济的速度。若太空领域能找到盈利模式,基于国家及国际太空机构提供的新型基础设施与采购方案,私人参与者必将尝试充分利用其创造的所有价值,以增进社会整体利益。
其中,一项紧迫挑战便是急需从化石燃料转向可再生能源。鉴于气候变化的实际影响,全球必须作出这一转变。尽管近年来可再生能源项目取得了一定进展,但若未能采取足够措施应对气候变化风险。此外,俄乌战争等地缘政治事件凸显了各国能源供应基础设施的脆弱性。可再生能源尚不能完全满足全球能源需求,化石燃料仍是不可或缺的部分,但太空可能为解决这一问题提供替代方案。多个太空机构(如NASA和欧空局)已开始研究太空基太阳能电力(SSP)的可行性。
SSP的核心概念简单易懂:将大型太阳能电力卫星(SPS)部署到地球同步轨道,捕获太阳能并无线传输至地球。在卫星上,巨大的太阳能电池板将捕获太阳能,然后将其转换并以2.45 GHz的微波形式传输至地球表面。地面接收器阵列将捕获这些微波并导入当地电网,提供几乎即时的电力。
SSP相比传统地面太阳能发电相比具有多个优势:首先,地球同步轨道上的卫星可接收连续且可预测的太阳能能量流,不受昼夜转换、天气干扰或季节性变化影响。其次,太空中的太阳能强度远超地球。此外,无线微波传输不受大气条件影响,能够确保持续的能源供应。欧空局估计,SSP地面站可在整年内持续提供每平方米约30至40瓦特的能量,远超传统太阳能电池板的输出(平均约为每平方米10瓦特)。因此,SSP在占用较少土地面积的情况下可产生更多电力。SSP的独特优势在于,其能量束可迅速重新定向至地球不同位置。例如,供应给欧洲的能量可在几秒钟内重新定向至非洲的矩形天线。这种能力对于为自然灾害或传统能源供应中断导致的能源短缺地区提供持续电源具有重要意义。
SSP的设想其实充满发展空间,因为它基于现有技术,从轨道基础设施到地面天线的微波传输核心思想已应用于卫星通信。主要区别在于太阳能电力卫星的规模——若太阳能电池板长度要超过一公里,地面接收器就必须更大。尽管制造和发射如此大型卫星进入太空的高昂成本曾是一大挑战,但火箭技术的最新进展已大幅降低发射成本。例如,SpaceX预计可提供每公斤仅200美元的发射费用,较几年前的平均费用每公斤1万美元显著降低。
(二)政府推动的大型计划
尽管太空基太阳能发电(SSP)的潜在优势日益凸显,但在广泛实施的过程中,我们面临着诸多挑战。这些挑战涉及技术难题,如提高从微波到电能的转化效率,以确保项目的可持续性。另外,传输能量束的密度也引发了对关键设施坚固性的担忧。全球对SSP的兴趣持续升温,已吸引了各国政府和商业利益相关者的关注。
欧空局对SOLARIS预备研究的资助,体现出对评估大规模SSP项目技术可行性的浓厚兴趣。这项全面研究计划预计于2025年底结束,旨在大胆探索SSP是否能够融入欧洲联盟的净零排放计划,以及是否能为欧洲带来富有吸引力的商业机遇,进而吸引大规模私人投资。自20世纪70年代初以来,美国一直是SSP研究的领军者,政府机构、大学、研究机构和航天企业纷纷加入这一领域。近期发射成本的降低,促使小规模SSP原型的开发与发射,并计划在2025年前扩大运营。与此同时,中国也意识到SSP的广阔前景,取得了重要突破,并提出制度法规以推动SSP的发展。
除创新能源解决方案外,SSP还有望带来太空技术的显著进步,包括大型太空结构的机器人制造、轨道维修以及高效太空运输等。这些创新技术将对地面应用产生积极影响。此外,SSP所倡导的无线电力传输,或引领一个不间断能源供应的新时代,不仅助力月球及其他天体的探索,还能降低能源成本、减少对传统能源的依赖,降低地缘政治风险。
总的来看,将太空技术与可再生能源相结合,代表着解决社会紧迫问题的一种充满希望的发展方向。尽管SSP的开发阶段距离实际应用尚远,但政府、研究机构和商业实体对SSP项目的可行性和可扩展性保持乐观态度。
8 结语:抢建太空基础设施,混乱又激烈的全球竞争
太空经济在过去几十年中取得了相当大的扩展,私人太空站、月球探索和开发,以及太空基太阳能等新模式也带来了新挑战,也吸引了私营企业的广泛参与与积极投资。
新的私人与公共合作规则不仅提升了整体利润,充实了该领域,还增强了发达国家和新兴太空国家的竞争力。创新及技术先进的轨道和地面基础设施至关重要,以便人类能在外太空中扩大操作范围。资本的涌入为太空机构预测的目标提供了希望,这些目标在短期、中期乃至长期内有望实现。
(一)主要挑战
现将最新且引人注目的挑战进行简要分析。首先是国家尤其是国际治理层面的挑战。如前所述,关于太空活动适用的管辖权缺乏全球协议,也缺乏确保在我们的大气层之外采集和收集资源公平分配的规则和机制。此问题同样适用于日益紧迫的太空碎片问题。随着商业太空活动逐年增加,低地球轨道愈发拥挤,风险也相应增大。太空碎片缺乏全面治理机制,以及长期减少问题,对商业参与构成重大阻碍,增加了卫星或火箭发射阶段失败的风险,提高了自动避免太空碎片的成本。
与上述密切相关的一个关键瓶颈是太空活动的高标准成本,尤其是航天器发射成本。不过,随着发射技术的迅速进步,显著降低成本已经是必然趋势。可重复使用的火箭,如SpaceX的猎鹰9号,已展示了降低太空访问成本的潜力。尽管存在这些具有挑战性的障碍,但目前的太空基础设施项目展现了卓越的工程可行性。诸如SpaceX的“星船”、NASA的“阿尔忒弥斯”计划以及私人月球着陆计划等项目正稳步持续发展。火星探测任务成功着陆,如NASA的“毅力号”探测器和中国的“天问”项目,都凸显了深空探索可行性不断增加。此外,卫星技术进步使SpaceX的“星链”等大规模卫星星座部署成为可能,同时展示了工程技术实力,为欧盟的“IRIS 2”等其他星座项目铺平了道路,并为广泛商业应用创造了新机遇,例如宽带互联网接入和地球观测服务等。
各类太空假设及发展中的基础设施项目所带来的利益广泛且深远。首先,它们为从卫星相关服务到小行星采矿或太空物流和运输等各领域提供了新的商业机遇,随着开发和测试成本的降低,还具备潜在的丰厚回报。其次,太空基础设施项目承载着科学和研究进步的期望,为全人类带来积极的外部性,即使在看似与卫星和太空活动无关的领域也是如此。对火星或月球等天体进行机器人探测任务,有助于了解行星演化、气候变化,以及可能发现外星生命形式的研究。我们已关注到私人空间站的作用,以及在微重力环境下实验和研究的有利条件。此外,太空基础设施项目在保障太空活动的可持续性方面具有重要意义。开发用于太空碎片清除和轨道维护的技术有助于缓解太空碎片不断增加的难题,从而有利于进一步的太空探索和卫星服务的长期可行性。
(二)公私合作实现“规模经济性”
总结太空行业前景时必须强调其“规模经济性”,而️太空企业可从中获取协同效应、合作及交易量增加带来的显著优势。这在两个关键方面表现得尤为显著。首先,商业空间站可作为研究、制造乃至旅游等多重活动的核心场所。通过承载各类功能,它们能够产生多元化的收入流,并降低其他太空操作的总成本。某种程度上,它们可作为月球基础设施及太空基太阳能电力(SSP)项目的物质和经济起点,减轻在没有必要“稳定”的清晰大气中运营的技术要求。其次,太空基太阳能电力项目具备彻底改变太空活动的潜力,为各类太空活动提供持续且充足的能源,包括推进系统、制造过程及星际任务。例如,它们可为月球基地提供可持续和持续的能源,从而降低补给任务的需求。
为应对太空基础设施挑战并充分利用太空经济机遇,亟需实现强大且富有成效的公私合作。尽管目前私营部门推动太空项目的趋势日益明显,但依然需要立法和管理方面的创新合作方案。立法方面,政府需为太空商业活动提供明确框架,明确财产权、责任及太空碎片缓解规定,以增强商业参与者信心,鼓励其承担风险。国际太空治理协议应促进合作及争端解决机制,确保太空商业和开发的稳定环境。管理方面,政府与太空机构应积极与商业合作伙伴合作,如公私合作项目NASA商业载人计划及商业补给服务项目,已展示出合作带来的益处。
此外,政府可促进太空机构向商业实体技术转让,激发创新和竞争力。太空基础设施前景光明,但挑战犹存,如治理问题、高成本及地缘政治复杂性或削弱商业参与积极性。然而,技术与工程可行性的快速发展正推动太空行业不断前行。综上,太空基础设施项目带来广泛利益,从经济机遇到科学发现和可持续性。为实现太空基础设施与太空经济的全部潜力,政府与私营企业需共同开展创新项目,通过立法和管理支持机制、改进采购合同、平衡成本与优势,以创造和利用私营及社会价值。
我们相信,通过解决治理问题、降低准入壁垒、促进竞争力和吸引私人资本、鼓励国际和多边合作,人类可充分利用太空前沿的巨大潜力,开发出对人类长期生存至关重要基础设施和技术解决方案,推动如月球基础设施、全球导航卫星系统(GNSS)、地球观测(EO)等各项计划再创辉煌。
*文章摘自ISPI报告“The Sky is not the Limit: Geopolitics and Economics of the new space race”。篇幅有限,有所删节。小标题为欧亚系统科学研究会自拟。