输送机械

大航天时代的科学创富机遇

发布时间:2023/5/2 19:11:23   

一、大航天时代,大航海时代科学进取的回响

“人类的征途是星辰大海”——年前,大航海时代,高桅重帆远涉大洋;年后,大航天时代,火箭飞船遨游寰宇。时间更替流转,人类科学探索的脚步已经进入更为辽远难测的宇宙;但以科学史的视角来看,人类“探索天外世界”与“发现新大陆”两者在研究内容和探索手段方面固然不能同日而语,但科学探索活动本身遵循的规律和发展逻辑却始终如一。那就是——科学在借助商业化力量开拓“新边疆”,并由此创造出前人无法企及的财富机遇。

休斯敦太空中心

大航海时代,航海家们凭着先代积累的航海知识和技术,手握罗盘,张开风帆,在前人留下的海图的指引下,循着“地圆学说”的一点微光,驶向未知的大陆。经过数百年间频繁的大尺度航海,地圆学说被证实,新大陆被发现,南半球星空被记录,原有的动植物认知被刷新——地理学、天文学、生物学、人类学,一系列开创性的科学成果被创造;制图、造船、导航、机械,一系列基础性的技术成果被革新。人类第一次突破陆地的限制,了解到地球的全貌,从地理意义上建立了对“世界”的科学认知“新疆域”。

而大航天时代,依托天文、天体物理、空气动力、工程机械等庞大而复杂的科学体系基础,经过半个多世纪的航天技术积累,庞大的人造卫星群已经穿过斯普特尼克1号(Sputnik-1)曾经盘桓的轨道;更加智能化的载人飞船往返于地球和国际空间站,为将来更大规模的宇宙航行定下新的坐标。更多的地外空间探索和航天科技创新运用,正推动人类对“宇宙”的科学认知边界不断延伸。

约翰逊航天中心

这一切,无论大航海时代基于“地圆学说”的“地球”科学探索,还是大航天时代基于半个多世纪航天科学积累的“宇宙”科学探索,都离不开商业化模式的推动及践行着商业化模式的冒险家。

1、商业化推动,保证科学探索可持续

大航海时代,探索新航路本身就是一种商业行为。没有丰厚的财富回报,就没有持续不断的、高风险的远洋探索。哪怕是皇家赞助下的“国家行为”,也是按照商业逻辑分配好甲、乙双方的利益。哥伦布为筹划已久的“新大陆”航行向西班牙伊莎贝拉一世(IsabellaIofCastile)请求支持时提出:“作为回报,我希望陛下任命我为新大陆的总督,同时分得我航行所获财富的十分之一。”

在很大程度上,大航天与大航海更近——商业化是其探索的核心动力。大航天时代虽然建立在传统航天所构建的科学技术基础之上,但是大航天与传统航天之间有着明显差异,即商业化航天模式对传统国家体制的突破创新。传统航天必须依靠国家体制,从根本上说,在航天科技这一超复杂系统的基础构建阶段,只有国家级别的战略需求和统筹协调能力,才能为其提供发展动力及所需要的庞大资源。NASA在-年间,为实现登月目标,共计耗资亿美元(相当于年时的亿美元),占NASA全部开支的42%,巅峰年份占联邦总支出的4%。

约翰逊航天中心

经过数十年的发展,航天科技与人们的生产生活需求结合更为紧密,探索视角逐渐走向深空。这意味着国家战略不会是航天探索的唯一动力。这是因为国家体制下的资源协调能力也无法再满足航天科技发展需求——根据美国思科学家联盟(UnionofConcernedScientists)提供的数据,截至年3月31日,美国所拥有的颗在轨卫星中,30颗民用、颗商用、颗政府用、颗军用——以商业化模式推动航天科学技术发展已是大势所趋。

较之传统航天的国家体制,大航天时代的商业化模式更能够推动航天科技探索的持续发展。

首先,商业化模式下,多元化的市场需求突破了国家体制下的有限任务目标,推动航天科技多方融合,快速迭代。NASA的阿波罗计划,在十余年间,始终以登月为目标,科技创新全部围绕登月展开。在有限目标的导向之下,科学技术的发展是相对受限的。而商业化模式下,市场对航天的需求高度多元且变化迅速。要满足市场需求,就必须能够实现产品的多元拓展和快速迭代,从而推动航天科技的发展。

拍摄于约翰逊航天中心

其次,商业化模式下,成本控制需求突破了国家体制下的“高端定制”路线,倒逼航天科技实现发展路线创新。国家体制下,成本问题让位于战略目标。在航天任务既定的前提下,航天科技产品往往高度匹配任务,且数量有限,造价高昂。而商业化模式下,以盈利为导向,产品小型化、生产规模化、重复利用等多种成本控制方式,推动航天科技以全新发展路线实现创新升级。

同样瞄准“可重复利用航天器”,NASA采取航天飞机路线,虽然“拥有所有在役火箭中最可靠的发射纪录”,但航天飞机本身造价极为高昂——据NASA年财报,“奋进号”航天飞机造价约17亿美元,航天飞机平均每次发射耗资7.75亿美元(不考虑通胀)。SpaceX颠覆了航天飞机的发展思路,走运载火箭重复利用的技术路线,实现了大幅度的成本缩减——猎鹰9号(Falcon9)的开发总成本约3.9亿美元。

航天飞机

另外,商业化模式下,研发效率需求激活国家体制下航天技术“库存”,推动航天科技在已有成果基础上的深入挖掘与再创新。大航天时代商业化模式的科学技术创新,并非白手起家,而是站在巨人的肩膀上——传统航天时代在国家体制下形成的海量科学技术成果,是大航天时代科技创新的基石。大航天时代的商业化模式,可以挖掘沉没在档案中的科技成果。通过改良提升,激活其应用价值,从而进入市场化的“应用—创新”链条,实现航天科技的深度创新。SpaceX猎鹰火箭的核心——梅林发动机(Merlin),就是在NASA的技术成果基础上改造来的——梅林发动机心脏部位的针形喷注器技术来自阿波罗登月舱发动机;而梅林发动机的涡轮泵参考了20世纪90年代诞生于马歇尔航天中心(MarshallSpaceFlightCenter,MSFC)的低成本Fastrac发动机。

航天飞机发动机

2、冒险家精神,塑造科学探索特质

推动大航海时代滚滚向前的,不仅是商业化的发展模式,更是那些前赴后继的航海冒险家们。他们指挥船队,向着心目中新大陆的方向劈波斩浪,探索前所未见的土地,为自己赚取高额的财富,也为人类拼凑出地球的样子。同样的,大航天时代真正的引擎,是科学素养和商业头脑兼备的“星际冒险家”。他们以商业价值为出发点,力图在推动宇宙探索的同时,创造更伟大的商业价值。这些“星际冒险家”,赋予了大航天时代的科技创新以下三大特质:

(1)利益驱动,以商业目标推动航天探索。

哥伦布曾直言:“黄金是种财宝,拥有它的人能在世上为所欲为。”年前,正是在黄金的诱惑之下,航海冒险家们甘冒风险,在完全陌生的海域里闯荡——“我们此行的目的是侍奉上帝,还有获得财富。”同样,对于“星际冒险家”来说,对于宇宙的探索,并非仅仅是梦想所系,还在于航天领域尚属商业蓝海,更适合具有冒险精神的玩家来圈地,从而实现自己的商业目标。

SpaceX的异军突起,靠的并不只是埃隆·马斯克(ElonMusk)的航天梦想,还有其对未来低成本太空运输市场机遇的敏锐洞察。航天飞机时代落幕之后,NASA的航天运输长期依赖俄罗斯,成本很高。为了降低航天运输成本,NASA依托美国逐渐开放明朗的商业航天政策,通过商业轨道运输服务(CommercialOrbitTransportationServices,COTS)、商业载人航天(CommercialCrewProgram,CCP)等一系列项目,用购买商业航天运输服务代替了购买航天器产品。

航天飞机

埃隆·马斯克精准捕捉到了这个机会:“我们想要开启一个新的太空时代,通过一场全球性的竞赛来看看谁能以最小的成本提供最多的服务。”利用NASA的合同和技术支持,SpaceX开始以商业逻辑开拓人类航天科技的新边疆。

(2)自由创新,以冒险精神激发创新活力。

大航海时代,航海冒险家们自由决定要走的航路;他们承担闯荡未知海域的风险,也获得发现新土地的财富报偿。这种一脉相承的冒险精神,也在“星际冒险家”的血液里奔涌,进而影响着大航天时代的创新方式。因此,与传统航天时代国家体制下科研院所主导的“大院模式”不同,在“星际冒险家”的主导之下,大航天时代的科学探索意味着“自由创新”。这种“自由创新”包括以下两个特点:

首先是创新资源的自由流动。尤其目前商业航天发展尚属初级,公私之间的资源流动显得尤为重要。NASA不仅通过技术转让计划(NASATechnologyTransferProgram)将科技研发成果交给商业企业转化和使用,也通过开源NASA(OpenNASA),将历史上积累的航天科技相关底层数据和研发工具分享给企业;并且,NASA还通过灵活的人才流动机制,向市场中的航天企业输送了一大批人才。前轨道ATK(OrbitalATK)首席执行官大卫·汤普森(DavidW.Thompson)曾在马歇尔航天中心担任项目经理和工程师,并在兰利研究中心(LangleyResearchCenter)和约翰逊航天中心(JohnsonSpaceCenter)参与航天飞机项目。在NASA的工作经历对他后来创办轨道科学公司(OrbitalSciencesCorporation)起到了至关重要的作用。

约翰逊航天中心

同样重要的是,科技创新路线的自由选择。与国家体制下的“大院研发”模式不同,自由创新的研发方式不存在“任务分配”,而是以企业为主体,根据自身情况和技术特色,自发选择创新研发路线。例如,蓝色起源以近地载人航天为目标,而SpaceX除了目前的近地空间运输外,还以火星探索为基础,开拓商业航天的深空发展。

(3)公私兼顾,以商业行为助力国家战略。

大航海时代中,对新大陆的探索之所以能够长期维持,核心原因在于航海冒险家们自发的探索行为高度契合了当时世界强国对外扩张的国家战略。英国女王伊丽莎白一世为了最大限度地争取英国的航海利益,抗衡凭借大航海强大起来的西班牙,甚至颁发私掠许可证(LetterofMarqueandReprisal),鼓励民间大胆出海,允许海盗“奉旨抢劫”。

年后的大航天时代同样如此——由“星际冒险家”主导的航天科学探索,从本质上说就是在宇宙“圈地”,与未来的国家空间战略导向高度一致。也就是说,大航天时代的科学探索,是通过商业化行为推动国家战略实现,带有公私兼顾的特质。

约翰逊航天中心

当前,地外航天资源的争夺也已经进入高潮。一是轨道资源。随着小卫星组网逐渐成为空间基础设施建设主流选择,其载体——地球轨道空间资源,已经成为航天大国的“兵家必争”。二是卫星通信频段资源。世界范围内,卫星通信频段都需要向国际电信联盟(InternationalTele

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