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马斯克的梦想与野心

2020-06-29 07:32:05 《通信产业报》 2020年20期

赵妍

造梦计划:星链是什么?

星链计划的提出

星链计划Starlink是美国商业航天企业空间探索技术企业SpaceX首席实行官埃隆·马斯克(Elon Musk)于2015年1月宣布的一个项目。埃隆·马斯克,这位生于南非、求学于加拿大和美国、拥有物理学和材料学学士并辍学于材料学博士的70后,因颠覆传统、跨界创新,被称作“下一个乔布斯”和“现实版钢铁侠”,他用特斯拉、Paypal、SolarCity和SpaceX颠覆了汽车、互联网金融、新能源、航天领域。

星链计划是一个大胆的奇思妙想。该计划拟于2019年至2024年间在太空搭建一个由1.2万颗卫星组成的网络,其中1584颗将部署在地球上空550千米处的近地轨道,7500颗部署在距离地面340千米的轨道,2825颗在距离地面 1150 千米轨道,最终将使所有卫星连成一个星座,目标是为整个地球全天候提供高速低成本卫星互联网。2019年10月16日,SpaceX又将星链计划的卫星发射总数量从1.2万颗更新到4.2萬颗卫星,其中1.2万颗已获批准,3万颗已提交申请。

从2019年5月首批60颗星链卫星被送入轨道,截至今年4月27日,SpaceX已经发射了七批共420颗卫星,SpaceX 计划在2020年年底前将 1500颗卫星送上太空。其他的卫星将在未来几年发射。

星链是如何链的

在卫星层面,相比传统卫星,SpaceX的星链卫星采用箱板式构型,高度集成,太阳能帆板采用单侧大展弦比柔性设计,是全球第一个采用氪离子推进的卫星。每颗星链卫星上搭载了4面相控阵天线用来进行网络服务。

在网络层面,数以千计、万计星链组网和协同传输是最大问题。资料称,最初马斯克采用的是铱星9523的UART串口数据传输终端进行卫星间的数据链路通信,但在初期测试发现用户线路数据在用户数量增长后有严重衰减,最终进行了链路组网升级,采取了基于区块链技术的SGL网络结构,采用SGL底层协议基础结构进行卫星组网。SGL协议令牌进行加密传输。解决了星链冗余与可扩展问题。同时也保护了网络核心层在SGL Chain上的应用。同时提供GISP接口为各国ISP接入互联。

按照马斯克设想,星链计划将通过大量低轨卫星对全球实现完整覆盖,在网速方面,星链提供至少1Gbps/秒的宽带服务,这个速度是目前家庭宽带的5-10倍,和最高可达23Gbps/秒的超高速宽带网络。届时,消费者只需要购买SpaceX的终端设备,每个月花费几十美金,就可享受这一网络。

那么星链计划能否替代地面的5G、光纤网络、固定宽带乃至未来6G?更多专家认为,目前城市居民获取便捷快速网络服务的成本不断下降,所以这类通信卫星不会冲击现有光纤网络和5G等基础网络,现阶段卫星互联网与地面通信系统二者之间更多的是互补关系。

从网络时延特性看,星链的轨道高度约为550km,从地面到空中再返回地面的固定时延已经达到3.6ms,无法达到5G网1ms级端到端时延的要求;从系统总体带宽看,整个Starlink前期的3200颗卫星将能够达到64Tbps带宽,而目前全球基站超过600万座,以每个基站1Gbps的带宽计算,总带宽已经超过6000Tbps,二者之间带宽差别巨大;从应用场景看,星链的应用场景主要在人口密度低、光纤网络铺设成本高、蜂窝网络回报价值低的偏远地区,主要以2B业务为主。基于移动通信更新换代的规律,以及从网络时延、系统总体带宽和应用场景三大指标分析,卫星通信不可能代替现有地面通信以及未来6G。

但毫无疑问,卫星互联网,突破了地面的物理束缚,所释放的连接自由度更接近于ITU对人类通信的终极定义:任何时候、任何地点、任何连接。随着卫星互联网技术的进步,其扮演的角色和应用的场景将超过想象,更何况,星链技术也在不断迭代中。

挑战和质疑

海量卫星的布局,马斯克面临资金压力,星链计划曾被认为是赌博以及吸引资本市场的噱头。在巨额的成本面前,马斯克能否在短时间内完成既定的发射计划令人怀疑。因为一颗近地轨道卫星只能负责地球一小部分的通信,所以要实现全球覆盖,需要大量的卫星,而卫星的制造和发射需要资金支撑。

此前,全球著名的摩托罗拉铱星计划也因为高成本运营宣告失败。就在今年3月,因和软银之间20亿美金资金的谈判破裂,另一家卫星企业OneWeb申请破产,当时,该项目的在轨卫星已有74颗。

在残酷的商业航天现实面前,马斯克通过火箭回收来降低发射成本,猎鹰9号运载火箭就是历史上第一个可以多次重复使用一级助推器的液体燃料运载火箭,截至2020年3月,SpaceX实现的最高纪录是将一个一级火箭重复使用了5次。SpaceX也通过制造流程创新,将一颗卫星的制造成本降到50万美金以下。

尽管如此,按发射一次卫星的平均成本控制在1500万~2000万美金之间,一次发射60颗卫星,再加上发射场地、配套设施等,原有1.2万颗星链项目的总成本约为100亿美金。而根据摩根·斯坦利估算,再多增加3万颗卫星SpaceX将会花费600亿美金。

这笔资金如何筹措是个难题。今年3月,SpaceX 曾申请FCC用来改善农村互联网服务的160亿美金的基金,但遭到拒绝,这说明星链计划并没有得到美国传统通信主流认可。

资本是最大制约因素,但马斯克的成功,似乎从来都不是依靠资本,而是他的“技术商业偏执”。从第一性原理、到一次次失败,再到解决问题的产品,当马斯克在无数的质疑与失败中,用6年时间成功发射火箭,用16年时间,创造出世界现役运载能力最强且可以回收的火箭,再到猎鹰9号火箭将载人龙飞船送上了太空,马斯克以及SpaceX的商业价值,再次让质疑者折服,而业界、资本对于星链计划的信心、重视也不断增强。类星链计划,也开始成为大国模仿的对象。

但星链之外的质疑,也需关注。很多专家认为,越来越多的星链卫星或随之而来的各国类星链卫星,将对地面和天基天文学研究产生重大不利影响,包括卫星反光可能严重干扰光学和近红外观测、卫星通信波段电磁辐射对射电天文观测造成污染、卫星与天基天文台发生碰撞等,这是隐忧。

星链背后:马斯克的战略版图

马斯克曾表示,只要拿下全球通信市场的 5%,每年的收入就能超过 500 亿美金。而事实上,利用火箭发射卫星实现覆盖全球通信的星链项目,还只是马斯克太空科技商业布局的一个场景。以星链项目为标志的通信基础设施、太空旅游、太空采矿等许多其他服务都有潜在的巨大利润。据美国商务部估计,太空市场的价值已达3250亿美金,20年后可能会超过1.5万亿美金。

可见,星链、航天只是马斯克最新呈现的创新版图,而星链背后,马斯克的战略布局是什么?他在下一盘什么样的棋?从马斯克的创业轨迹,似乎更能折射出这位天才梦想家的战略意图。

匪夷所思的创业轨迹

具有与生俱来冒险基因的马斯克认为有5个领域将深刻影響人类的未来:互联网、新能源、太空探索、人工智能和生命科学。时至今日,通过创新创业,他已经涉足了前4个领域。

1995年至2000年,马斯克与合伙人先后创办了三家企业,分别是在线内容出版AppZip2、电子支付企业X.com、以及由X.com演变的新支付企业PayPal。通过这三家企业发生的并购、管理层冲突和离开,马斯克实现了财富自由,积累了运营企业的经验。同时也让马斯克对互联网有更深的理解。

此后创立或参与的SpaceX、特斯拉、太阳城SolarCity则是马斯克的重头戏。

2002年6月,马斯克投资1亿美金创办美国太空探索技术企业SpaceX,出任首席实行官兼首席技术官。成立伊始,马斯克就表示要研究如何降低火箭发射成本,并计划在未来实现火星移民,打造人类真正的太空文明。在当时,人们都认为这是一个疯子的梦想。而事实上,在2001年马斯克就策划了一个叫“火星绿洲”的项目,计划在火星上建立一个小型实验温室,让来自地球的农作物在火星的土壤里试着生长。

2004年3月,马斯克向特斯拉汽车企业投资630万美金,担任该企业的董事长。特斯拉是两个美国人于2003年7月1日成立的一家美国电动汽车及能源企业,产销电动汽车、太阳能板、及储能设备。马斯克投资特斯拉条件是出任企业董事长、拥有所有事务的最终决定权。而马斯克确实把特斯拉真正带入世界。2010年6月特斯拉登陆纳斯达克,开盘当日,马斯克赚了6.3亿美金。目前特斯拉稳居全球电动汽车榜首,并约占总销量三成。

马斯克在电动汽车和火箭发射两个领域取得了不凡的成绩,其成功的意义并非是这两家企业在盈利或市场表现,而是其做出了令世界惊艳的产品。 SpaceX自主研发猎鹰重载火箭实现了“一箭60星”的发射技术突破, 特斯拉汽车则真正解决了其他纯电动汽车产品和传统燃油汽车在续航里程、 百公里加速、 操控性等方面的短板。

当然,成功的背后并非一帆风顺,特斯拉曾经频出产品问题,电池组存在安全隐患导致跳票,猎鹰一号连续三次发射失败。SpaceX和特斯拉几次面临破产。马斯克曾因为资金问题差点把特斯拉卖给GOOGLE;同样,美国航天局的一笔订单挽救了即将破产的SpaceX。

2006年,马斯克投资1000万美金,参与创办了光伏发电企业太阳城企业SolarCity。太阳城现在已经成为最大的面向消费者和企业用户的商用太阳能电池板安装商。虽然马斯克主导的特斯拉对SolarCity备受争议,但无疑太阳能与特斯拉的结合,实现了如马斯克所说的“全球唯一垂直整合的能源企业,向客户提供端到端的清洁能源产品”

此外,马斯克于2016年12月成立 The Boring Company ,用于解决地面拥堵问题。

最近的一个大手笔创业,就是在2017年3月,马斯克创办了Neuralink,主要是研发“神经织网(neural lace)”技术,即支撑人与机器直接交流,不再需要物理界面。2019年7月,马斯克向公众透露脑机接口装置的研究进展,表示Neuralink已研制出一种“像缝纫机一样”的机器人,能够将超纤细的线植入大脑深处,最终将能够读写大量信息。

从互联网电子商务,到电动汽车、太阳能、卫星互联、人机交互,马斯克的创业轨迹,折射出一般商业逻辑无法解读的“匪夷所思”。

这是一盘怎样的棋 ?

马斯克的产业布局绝非一部乐观主义者的狂想曲,而是对未来充满忧虑先知的未雨绸缪。分析马斯克的科技创业轨迹,马斯克正在围绕他所谓的宏大目标“把人类送上火星居住”、和终极使命:“让人类成为一个多星球物种”,进行逻辑严密的战略布局。

在马斯克的产业构架中,电动汽车、新能源、航空航天和人工智能业务在短期或长期都相互关联,形成一个产业闭环。

特斯拉解决交通中对化石能源的依赖,特斯拉本身也转化为一台能“跑”的移动智能终端;为了确保特斯拉有足够的电力来源,马斯克开始涉足太阳能领域,通过 SolarCity解决能源问题,并确保天上数万颗卫星的供电;顺应汽车网联化、智能化趋势,通过星链实现全球联网;创立NeuraLink研究脑机接口技术,则是最大限度结合生物脑和计算脑的优势,把“人+物+常识”最终形成高级混合智能体,最终,马斯克的目标是让人类成为多星球生存的物种。

马斯克正在构建和塑造一个“天地人物一体的超级智能态”,一个以人为中心,连接地球、地球之外,实现天地、人、物的智能连接、无缝交互和智慧共享的未来生存形态。也许,这永远是一个梦想,但马斯克却很固执。

结合短期和长期目标,马斯克的“三步走”战略也逐渐清晰。

首先,以创新的产品树立品牌形象并吸引风险投资和政策支撑;其次,持续推出和发布产品以验证技术进步和实现盈利的可能性,吸引目标客户群并进一步吸引投资;进一步商业化维系盈利预期,同时继续树立产业先驱与技术领先者标杆地位,进一步跨行业整合资源,以实现终极目标。而“杀手锏”,就是极致产品的追求。

在战略路径选择上,马斯克把技术开发和市场拓展结合,以实现其战略目标。在战略布局中,除了技术和产品外,政策环境、商业模式、资本和人力资源等也是影响战略实施的因素。

表面看来,马斯克的商业在接下来10年的发展前景可期。按照马斯克的规划,到2025年,特斯拉将拥有5~6种车型,成为电动汽车市场中的主导力量。根据目前的增长率来看,太阳城SolarCity将成为一家大型公用事业企业以及太阳能市场的领军企业。SpaceX每个星期都会进行发射,把人和货物送上太空,竞争者会因此出局。它的火箭能够绕月球几圈,以高精确度着陆在得克萨斯州的宇航中心,然后他们将着手首批前往火星的飞行准备工作。

从一个维度,大家还可以想象这样一个场景:在全球卫星互联的无缝覆盖下,每一个兼有太阳能的新能源特斯拉,既与世界连接,也为世界连接(提供网络中继与共享),能实现物理与生物高度人机交互的人,与世界万物随时随地智能连接。而在卫星之上,探索更远星空的飞船正向火星进发。

为什么?

马斯克的战略布局源于其对人类文明延续的原动力。《硅谷钢铁侠:埃隆·马斯克的冒险人生》的编辑在書中写到:马斯克在上大学的时候就常常思考,这个世界面临的真正问题是什么,哪些会影响到人类的未来。他看好互联网、可持续能源和空间探索。而敢于挑战脑机接口同样是他长期以来痴迷技术解决世界难题的必然结果。马斯克试图通过研究最前沿的科技,用最低的成本进行技术革新,从而完成拯救全人类的伟大事业。

马斯克的聪敏不仅在于敢想,还在于其商业布局融入到国家的战略布局中,契合当前世界拥抱新一轮科技革命和产业变革的目标。马斯克在能源、航天领域的突破将为企业赢得了产业链分工优势、成本降低优势和支柱产业优势。已有研究表明,市场规模的扩大有利于企业生产率水平和创新能力的提升,对全球优势资源产生“虹吸效应”。

在创新手法上,“第一性原理”是马斯克最推崇的思维方式。凡事先从本质开始思考,然后再从本质一层层往回反推。例如,在研发特斯拉的过程中,因为电池设备太重,所以必须从材质入手减轻车身重量。马斯克要求工程师们用铝来代替钢。但是,当时整个北美地区能生产铝车身板材的汽车制造厂屈指可数。面对巨大的操作困境,团队屡次劝说马斯克放弃这个想法。但马斯克永远要求同事们去考虑“实现路径”,而不是争论“是否可行”。他的思维模式是站在未来的远景看待眼前的处境,具有某种超越性。

特斯拉的成功是马斯克第一性原理最极致的体现,而龙飞船的发射和回收,也让马斯克第一性原理从工业推向宇航。马斯克说,再漂亮的PPT,比不上有说服力的实际产品;每一件产品,你不能稍微好一点,而是要好很多。

非常努力的工作、吸引顶尖人才与你打拼、聚焦在信号而非杂音、不盲目跟风,这是马斯克自述的成功秘诀。

当然,马斯克取得的成功并非一人之力,美国大批的风险投资家、火箭和电动汽车领域大量的专业人才、灵活便捷的创业环境,包括建造汽车厂和火箭发射场地的土地使用等,都决定了创新实现的可能性。但没有马斯克的的偏执创新、坚持和固执,这些也还只是条件。

启示

马斯克说,“我一直有种存在的危机感,很想找出生命的意义何在、万物存在的目的是什么。”,这也许是马斯克凡此种种创举的源动力。马斯克也坦言,“我创立SpaceX的初衷不是为了创业”,“创业,让我承受了一大堆的伤害”。但无论怎样,马斯克作为工程师、创业者、科技商业天才,已经足以“震惊世界”,他的阶段性成功,应该给大家什么启示?

第一、自由创新的力量。国家科技竞争力提升的有效方法,是在社会的宏观和微观层面上设置能够激发个人和企业自由创新力,全面释放自身价值的机制。马斯克,这个经济学、物理学、材料学的学生,在读博士的第二天就启动了自己的创业创新之路。对存在的危机感、生命的意义、万物的目的的偏执探究,激发了他毫无边际、完全自由的创新。也正是自由创新的机制,让这个“偏执狂”改写了汽车百年的运行轨迹,改变了卫星宇航的举国模式。马斯克的阶段性成功,无疑首先要归功于马斯克本人的天才梦想和无数试错,同时更得益于整个社会体系对自由创新、创业的包容、支撑、与推崇。

第二、官、民的共享与协作。以 NASA 为代表的美国官方机构和以 SpaceX 为代表的商业企业之间的分工与合作,常识共享、技术协作,塑造了科技商业合作典范。NASA 能够为SpaceX企业提供一定的资金和技术,同时把它的一些独家经验,以及对安全的重视带到开发商业载人飞船的操作中。与此同时,SpaceX企业则能够为 NASA 提供更低成本、更高效率的发射、载人和科学实验服务。事实上,双方实现了紧密的双赢关系。而美国政府对特斯拉及其购买者的高额补贴,也是特斯拉从困境到复活的关键。

第三、面向本源、解决需求的第一性原理。第一性原理思维强调事实和少量假设,从问题的本质出发,进行推理思考。运用第一性原理思考问题,强调在基本事实的基础上探究问题的本源,不被过去的经验常识所干扰。这种思路体现在特斯拉的造车进程、火箭的研制和发射流程中,马斯克只有一条原则——简单,从而达到高可靠性和低成本。马斯克组建了高效的小型科研团队,制造工作也尽量自己完成,在保证准确度的同时大幅节省成本。这种模式与美国国家航空航天局的千人团队、举国体制、大量外包模式完全背道而驰。

第四、高效低成本的垂直整合商业模式运用。SpaceX 采用“火箭+卫星+发射服务”的垂直整合商业模式,形成了较为明显的成本和速度优势。由于SpaceX实现了垂直整合,SpaceX的价格打破了政府主导发展火箭的历史成本模型,但这些价格不是随意制定的,而是基于已知成本和权威记录,体现了美国商业航天工业的基础。“猎鹰”火箭发动机关键喷注器来自“阿波罗”计划,发动机整体设计源自TRW企业成熟产品,火箭使用的铝锂合金和焊接技术也是广泛应用的普及型产品。而在特斯拉,这种模式更是成熟运用。

马斯克的特斯拉,改变了百年汽车发展格局与模式;马斯克的星链计划,更把卫星产业从举国体制带入个人商业、从宇航级导入工业级,未来,这个科技梦想家、科技商业天才,还会怎样颠覆大家的认知?大家也关心,中国“马斯克”,正在哪里酝酿与潜伏。

当前,中国新基建正在加速,新基建广度深度亦正在扩展。卫星互联网、移动物联网、新能源汽车等成为新基建新的方向。期待在即将到来的十四五阶段,中国科技产业在大航天、新能源、泛连接、智能化时代实现新的飞跃。

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