SpaceX发射卫星电站，美国能在太空逆袭中国光伏吗

本文来自微信公众号：未尽研究 （ID：Weijin_Research），作者：未尽研究，原文标题：《SpaceX发射了一个太阳能电站，美国可以在太空逆袭中国光伏吗》，题图来自：视觉中国

在太空建设光伏电站，越来越接近现实。那里没有大气层阻挡阳光，可以7X24小时发电。很多国家将其视为能源危机与碳中和的远期解决方案。

上周，加州理工大学太空太阳能演示器（SSPD）经SpaceX发射入轨。该项目主要目的为：测试光伏电站的太空展开；测试多种光伏电池的运行；测试对地球的远距离微波传输。

美国称中国在大规模示范项目上领先。2022年，中国“逐日工程”完成全球首个从聚光、发电、传输到接收的全链路地面验证系统。按计划，中国在2025年左右建成千瓦级太空光伏电站，2028年前完成无线传输安全验证；到2030年提高到兆瓦级；到2050年建成吉瓦级商业太空光伏电站。

随着火箭发射技术的成本不断下降，人类正努力在地面与地球轨道之间实现通行的商业“航班化”，而探测火星、在月球上建立设施的时代也将很快到来；在低轨道太空进行微重力的制造，布局星链，以及进行太阳能发电，甚至在太空为太空经济而制造，都在成为新兴的创新空间。2023 年，在大国太空竞赛的推动下，更多的公司和资本的支持下，火箭发射成本进一步下降，太空经济上轨道。

全球向地球轨道发射火箭的热情继续高涨。2021年，发射次数首次打破了美苏太空竞赛以来保持了50余年的纪录。2022年，商业卫星“直播”了俄乌冲突，正式宣告第二次太空竞赛的来临。

太空竞赛始于两个超级大国之间的竞争，但这一次，商业航空公司唱起了主角。目前，美国SpaceX在轨卫星数量，已经超过了中国，英国的OneWeb也相当接近。这三年来，它们差不多发射了当前在轨卫星的75%，主要是低轨小型卫星组成的商业卫星星座，为全球用户提供卫星互联网服务。

大国竞争依旧，政府仍是重要的早期投资者与商业合作购买者，但站在前台的却已经由大型国防军工企业换成了初创公司。公共部门对太空科技的早期风险投资，占比也从70%降至50%。

SpaceX开始向美国政府、国防与情报部门服务提供星盾（Starshield）服务，包括安全通信与地球观测等。前者与目前主营的星链服务类似，负责信息与数据的传递；后者则接近遥感卫星，用户来自农业、能源、航运与保险业，也可以为政府机构检测碳排放与自然灾害。新兴的合成孔径雷达（SAR）遥感，能够无视厚厚的云层，精准成像。今年，美国国家侦察办公室与五家SAR公司签署了合作协议。Rocket Lab也成立了新子公司，专为美国及其盟友服务。

这一切得益于卫星发射成本的降低。火箭发射技术、小型卫星制造与卫星共享发射等创新，共同促成了这一切。火箭发射技术最为关键。

昂贵的发射，还会导致其他空间活动成本膨胀。更便宜的发射成本，带来更便宜的载荷成本，这进一步推动了规模化的商业发射与载荷制造，摊薄了成本，加速了迭代，催生了新的应用。

过去几年，SpaceX等公司的创新让火箭发射成本急剧下降，从每千克载荷12000美元下降到现在的1500美元。SpaceX计划发射星舰，有望将成本降至每千克200美元。

降低发射成本的重大突破来自重复利用技术，现阶段主要是回收第一级火箭。运载火箭的引擎推重比和燃料技术，决定了载荷大小与一箭多星数量，也就是单颗卫星发射成本。计算机辅助设计、3D打印等创新，简化了制造流程，改善了供应链，可以进一步降低成本。

中国也在尝试开放市场，《2021中国的航天》白皮书鼓励引导商业航天发展。中国商业公司蓝箭航天、星际荣耀、零壹空间和星河动力等都尝试或完成了火箭发射。目前承担中国发射市场主要任务的还是官方的长征系列火箭。新的长征九号，同样可以重复回收。

火箭发射是太空经济的交通基础设施，随着技术创新的发展，运输成本有望继续降低。预计到2040年，随着第二级火箭重复利用的突破，以及更具成本效益的生产方式，商业火箭的发射成本将再下降至约每千克100美元。

技术突破并非线性的，成本最大降幅可能会出现在2025年之前。如果材料技术、燃料技术继续突破，机器人与自动化广泛运用，到2040年，每千克发射成本可低至30美元，这是最乐观的情景。

长期以来，太空经济一直都停留在纸上。科幻迷还设想过太空城市。随着成本的降低和技术能力的提高，这一切迎来了转折。

太空是经济发展的下一个前沿。正如高速、铁路与远洋集装箱拓展了经济版图，负担得起且可持续的太空交通基础设施，将推进太空中的信息、制造与能源基础设施建设。太空不再只是大型航空航天公司或拥有大量预算的公共机构的后院，而是经济与商业活动的新边疆。

短期内，卫星应用市场最大。涉及小型卫星制造、运营的初创企业，融资增速最快，近十年来增长了80倍。卫星互联网用户越来越多，遥感成像分辨率越来越高。卫星采集的地球图像，按面积计算，比五年前多10倍。手机直接对卫星通信再次吸引市场目光。同时，星链用户抱怨网速越来越慢，卫星对手机仍是功能有限的窄带通信，大量数据采集后来不及传输回地球分析。卫星间激光通信和卫星端边缘计算需求提升。

太空制造（ISM）正在起步。微重力、超低温与超真空，是部分工厂梦寐以求的生产环境。在太空制造的产品，最终会被送回地球，或者留在太空，抑或送往月球与火星等地方。已经成立的太空制造初创公司，面向太空的最多。这些公司主要生产太空食品或大型构件。要在太空大搞基建，就离不开大尺度建筑，而从地球发射大型模块，体积上限就是火箭大小。面向地球的，主要是微重力环境下性能更好先进材料与生物制品。一些半导体企业已经开始探索在太空制造芯片。

在太空建电站，中国暂时领先。中国、美国、欧洲与日本正在验证天基太阳能技术（SBSP）的商业化落地，也就是把光伏电站送上太空，再把电力无线输往地球或其他地方。天基太阳能发电效率高。那里没有大气层阻挡阳光，可以7X24小时发电。

这项技术原理上可行，最大的障碍在于经济效益。早在1968年，人们就提出过类似设想。能源危机爆发后，美国能源部对此表示了浓厚的兴趣，但当时无论是光伏电池还是火箭发射，价格都不够平民。今年，能源危机中的欧洲国家重拾兴趣。欧空局邀请了咨询机构，研究成本效益；英国正在考虑一份耗资160亿英镑的项目提议。

要满足一座欧洲主要城市供电，需要4吉瓦（GW）的光伏电站。按现在的发电效率与发射成本，将它发射向太空，需要花费数千亿美元。如果在地球上建设，只要花费30亿至50亿美元。如果到2040年，发电效率继续提升，发射成本继续降低，那么基准情景下，天基太阳能建设成本可以低于10亿美元，也低于届时地面光伏电站的成本。这还没算上部分国家地皮金贵。

在其他国家还停留在概念阶段时，2022年，中国验收完成了全球第一个天基太阳能的全链路地面测试系统，比原计划提前三年。中国还计划在2028年实现首次太空对地球无线输电的安全验证。

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