叩问苍穹 探索不停 —— 全球太空产业展望

未来一年全球太空产业将迎来什么？理查德·洛（Richard Lowe）代表英国皇家航空学会太空分会提供了一些见解。

人们都说航空旅行让世界变得更加紧密。或许太空旅行也将如此？在2024年，我们可以预期太空游客、月球任务和飞速飞行的机器服务数量将不断增加。然而，让人深思的是，已经有超过一百万颗卫星在国际电信联盟（ITU）注册计划要在2028年发射（而2018年仅有不到500颗）。我们的太空邻域开始感觉有点狭小了。

在2023年9月，印度成功实现了历史上首次在月球南极附近软着陆。Chandrayaan-3机器人任务使印度成为世界上第四个实现月球软着陆的国家。随后，搭载的月球车Pragyan成功在表面展开行动。 

人们常说，任何你能够安全离开的着陆都是成功的，为了证明这一点，Chandrayaan-3起飞并再次着陆——差不多离原着陆点半米远。

接下来的登月挑战者是日本的Smart Lander for Investigating Moon (SLIM)任务，该任务在本文发布时仍在途中，计划于2024年初着陆。

回顾2020年，中国的无人长征五号任务使该国成为第三个从月球表面返回地球并带回材料样品的国家。当时制造了一个“备用”飞船，现在将在2024年飞行，即嫦娥六号，其目标是从月球背面首次带回样本。月球的背面与正面有着截然不同的地质历史，撞击坑的密度更大，早期的观测任务已经确认了物质成分的差异。如果成功，样本将于2024年返回地球。

另外值得关注的包括NASA将在2024年返回月球，至少是返回月球附近的太空。Artemis II旨在50年来首次将人类带出近地轨道（LEO），四名宇航员将飞越月球并返回地球。一切顺利的话，之后的任务（Artemis III）将于2026年着陆月球表面。

在2023年，SpaceX的Starship超级运载火箭进行了两次引人注目的首次试飞。虽然两次都未能进入轨道，但很明显取得了巨大的进展。在11月的第二次尝试中，Starship成功进入太空，然后在大约150公里的高度发生爆炸。尽管失败，但成功入轨看起来已经近在咫尺。Starship的设计目标是将100吨或更大的有效载荷送入低地球轨道（LEO），并实现所有主要部件的重复使用。实现“重复使用”部分可能需要进行数次试验发射以完善。

在2023年，发射领域面临了一些挑战。欧洲的Vega C仍然停飞，Virgin Orbit陷入了破产，Ariane 6的首飞推迟到了2024年。曾经充满活力的俄罗斯发射领域现在正在衰落。日本的新型H-3运载火箭在首飞中也发生故障，失去了载运的高级地面观测卫星（ALOS-3）。

SpaceX现在是世界上无可争议的发射领导者，完成了约80次Falcon 9任务。整个欧洲只进行了三次发射。Ariane 6不太可能填补这个差距。许多人期待着SpaceX的可重复使用发射能够降低太空进入的成本，但垄断者可以自行定价。我们会在2024年看到英国进行首次（成功）发射吗？

一个新的太空领域正在形成。几十年来，太空产业一直分为三个基本服务领域：通信、导航和地球观测（或称为“遥感”）。太空旅游最近出现在舞台上，现在超过了政府正将更多人送入太空。

下一个要关注的新领域是在轨服务与制造（IOSM）。该术语涵盖了广泛的活动，包括轨道拖船、卫星间巡检、在轨装配（用于较大结构）以及许多其他服务，包括高价值材料的制造。许多活动依赖于在彼此紧密接近的轨道上运行的卫星。

除了少数例外，目前的太空产业仍然基于一次性使用的卫星，这些卫星必须适应发射护罩的尺寸。一个局部组件的故障可能导致整个航天器报废，而“升级”、“延长寿命”或“修复”的概念则显得陌生。在轨服务与制造IOSM将改变这一点以及更多。

太空碎片清理服务是第一批行动者之一。美国联邦通信委员会于2023年取得了里程碑，首次对太空中的乱扔垃圾行为进行了罚款。卫星运营商DISH在其EchoStar-7任务结束时未能充分清理，导致产生的碎片靠近主要商业轨道之一（静止轨道“带”）。对于DISH这样规模的公司来说，15万美元的罚款相对较小，但FCC发出了明确的信息，敦促该行业认真对待太空可持续性，否则将面临声誉和财务损害。

看到英国太空总署及其母机构科学、创新和技术部（DSIT）在这方面也积极行动是令人鼓舞的。政府最近的行动正在为该行业提供支持，英国拥有一个充满活力的初创企业社区，但这是一个脆弱的领先地位。

英国在新的IOSM领域的成功需要国家能力的投资和强有力的国际合作。像Astroscale、Space Forge、ClearSpace、D-Orbit和OrbitFab这样的前卫公司都选择在英国设立其至少部分业务。

尽管一些人可能对这些新服务的市场提出质疑，但请考虑每项轨道服务都具有双重应用。卫星视觉健康检查？轨道内装配？美国国家侦察办公室肯定会看重那些无法适应单次发射护罩的新望远镜的能力。

如果你能重新入轨或离轨你自己的卫星，那么你也可以对他人的卫星进行操作。许多太空技术在“国家安全”领域找到了早期的赞助商。IOSM也将不例外。全球太空强国不会等待商业界，也不会外包这种能力。

这些能力将成为太空中和太空发射的核心。欧洲的发射领域没有预见到未来的变化，SpaceX凭借可重复使用的火箭从无到有。太空旅游本可以在欧洲发生，但未能实现（英国的理查德·布兰森的维珍银河公司率先垄断了市场，但来自美国）。先进的轨道能力即将来到您身边的太空大国——不管准备好与否。

回到2022年，NASA的DART任务通过故意撞击小行星而成为头条新闻。类似于大片《世界末日》（Armageddon），该任务是对行星保护的一种测试。通过撞击能够改变小行星的轨道吗？或许可以预料到的是，结论是肯定可以。

目标小行星名为Dimorphos，在受到撞击时确实略微改变了轨道。当然，还取得了更具洞察力的结果。DART自毁，但帮助揭示了小行星的成分以及其表面对高速撞击的响应方式。

在2024年，欧洲航天局将发射一个名为Hera的后续任务。这次任务将返回同一颗小行星，详细观察撞击点及其散落的碎片。同时，它还将进行一系列能力演示，包括在小行星附近部署微型“纳米卫星”深空助手，携带额外的科学传感器。Hera预计将于2026年到达碰撞点。

2024年的其他值得关注的探索任务包括NASA的“欧罗巴快帆船”（Europa Clipper）- 预定于2030年前往木卫二系统。日本将目光投向火星。“火星卫星探索”（MMX）机器人任务旨在从火星微小的卫星Phobos带回表面样本，该卫星直径仅22公里，因此引力场非常弱。因此，从其表面返回轨道需要比从火星本身少得多的燃料。

然而，该任务可能会面临很大的推迟可能性。MMX将搭载在日本的新型H-3运载火箭上——该火箭在早期飞行测试中遇到了挫折。如果错过了2024年的发射窗口，那么它可能会被推迟两年，等待下一个地球-火星轨道转移的机会。

脱欧的一个副作用是英国退出了欧洲伽利略导航计划。英国一度有可能建立自己的导航系统，但这个雄心最终破灭了，原因不是能力不足，而是政府内部对国家导航系统的需求无法达成共识，因此悄悄搁置了这个计划。

在2023年底，政府在科学、创新和技术部设立了新的国家定位、导航和定时（PNT）办公室，旨在“提高弹性并推动增长”。这是否意味着国家卫星导航能力重新回到讨论桌上？并非如此，但这是一个开始，通过创建PNT办公室，导航终于在政府内找到了一个稳固的归宿。

进入2024年，进度已经开始。最初可能涉及制定管理国家导航危机的计划。此外，可以采取各种技术和组织措施，使危机不太可能发生，影响更局部化，并在诸如GPS等系统遇到问题时实现更快的恢复。

全球导航支撑着交通、能源分配、金融系统、法律和秩序、建筑等重要行业，更不用说国防了。在这方面，国家弹性符合每个人的利益。

ESA/JAXA EarthCARE大气监测任务将于2024年搭载SpaceX猎鹰9号火箭发射。

由欧洲航天局和日本宇宙航空研究开发机构共同开发的2.5吨大气监测任务“EarthCARE关怀地球”将在2024年发射。随着欧洲的Vega C发射装置失灵，俄罗斯的服务也是天方夜谭，欧洲航天局已经转向SpaceX的猎鹰9号来将EarthCARE送入轨道。

与此同时，在乌克兰，空间监视的关键战略和行动中的作用仍然显而易见。在整个2024年，我们可以遇见双方将每天从轨道上获得新的情报——无论是火炮活动的热图，探测新的防御工事和敌人动向，还是收集战争罪行的图像证据。乌克兰将继续依赖于包括西方地球观测能力在内的许多重要资源。在未来大国之间的冲突中，太空能力（指一个国家或组织在太空领域的技术、设备、人员等方面的能力）可能不会决定是否赢得战斗——但缺乏太空能力将会失去战斗能力。那些轨道资产本身也将成为战争攻击目标。在轨道上取得影响——防御、维持、监控和颠覆卫星——是网络战的实体。

Orbitfab是IOSM公司中选择至少在英国建立部分业务的公司之一。它专门提供太空飞船燃料补给服务。

来自LEO的商业卫星通信现在正处于“证明”阶段。截至2023年底，OneWeb的服务已被广泛使用，SpaceX的星链计划也已经在一段时间内成为了头条新闻。

这些服务财务上能成功吗?现在还很难评价。星链在2023年末实现了“收支平衡”，但其用户数量的增长远低于此前的预测。星链每年提供超过1400美元的互联网服务。但很明显，只有那些在当地找不到合适服务的人才会注册。尽管如此，它仍然可以对传统的地球同步卫星通信供应商的业务产生影响。

抛开商业成功不谈，乌克兰的经验表明，低地球轨道(Little Earth Orbit)通信对于国防来说是一种有价值的工具。SpaceX最近赢得了一份开发“星盾”(Starshield)的合同，这是一种加强网络安全的军事版本的“星链”(意味着轨道上还有数千颗卫星)。

重新设计的军用版“星链”也展现出进一步的潜力。以正确的方式使用一个通信信号，你就拥有了一种全球导航服务。以一个由在轨接收器组成的巨型星座为例，你就拥有了一个全球持续信号情报(SIGINT)系统。Spire Global已经将信号情报业务用于商业，尽管监测卫星星座要小得多，主要用于航空和海上应答器信号。

在英国，“天网六号”计划正在进行中。这是国防部下一代的安全卫星通信能力，将十年耗资50亿英镑，也是英国最大的太空项目，甚至比英国对欧空局的投资还要大。

更早的行动---以天网6A的形式---是为了填补早期天网5卫星即将报废(和/或燃料箱)的缺口。预计将于2025年发射。随后，在2023年早些时候，巴布科克国际公司(Babcock International)获得了天网“包裹快递”的运营合同(这让许多人感到意外)。

现在，注意力转向该项目“持久能力”(SKEC)部分的竞争。SKEC将部署多颗地球同步卫星，用于宽带和窄带通信。英国政府面临的诸多挑战之一是，在将资金、技术和就业留在英国的情况下，创造一场切实可行的快递竞争。但是这样的采购很少出现，并且难以维持健康和有竞争力的国内供应链。也许下一代天网卫星将会是可加油的?