一個沒有星際航行的人類未來始終是暗淡的。

編者按：本文來自微信公眾號 星船知造（ID:xingchuanzhizao)，作者：南庭芥，編輯：唐元元，微新創(chuàng)想經(jīng)授權(quán)轉(zhuǎn)載。

費米悖論，一個關(guān)于星際旅行和外星人的科學(xué)悖論：如果廣袤宇宙中存在大量外星文明，為什么我們至今沒有發(fā)現(xiàn)外星人或者外星物品？

和費米悖論有關(guān)的眾多猜測中，星船知造注意到一種：元宇宙發(fā)展太好，外星人大門不出二門不邁，都在家打游戲呢。

今天人類的想象力正同時向多個方向探索：向內(nèi)，對虛擬世界的求索造就了今日元宇宙、人工智能、腦機接口等賽道的火熱。向外，也從未停下向太空邁進的腳步。

畢竟，無論現(xiàn)實世界如何發(fā)展，虛擬世界如何繁榮，一個沒有星際航行的人類未來始終是暗淡的。

我們星際航行踏足的第一片領(lǐng)地是地球的自然衛(wèi)星。

月球，一片尚未開墾的處女地。

美國于1961年開始“阿波羅計劃”。1969—1971的三年間，美國曾成功登月6次。近日，美國NASA航天局局長Bill Nelson稱，在美國新一輪“阿爾忒彌斯計劃”登月計劃中，將送4名宇航員在月球停留300天（stay there for up to 300 days）。

但即使在美國，也有不少人認為，“阿波羅登月是假的”。因為如果是真的，時隔50多年，為什么沒有一個美國人再次踏足月球？

50多年前，只有美蘇開展太空競賽。今天，登月更是一場綜合實力的比拼。登月所需的各類技術(shù)只是先決條件之一，同樣重要的是，讓技術(shù)落地的能力。這個能力，就是產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同制造。

支撐各國宇航員前往月球的背后，存在著一條巨大的航空航天產(chǎn)業(yè)鏈。它們匯聚成真正的“登月力量”。一旦產(chǎn)業(yè)鏈核心環(huán)節(jié)出現(xiàn)缺失、產(chǎn)業(yè)空心化等都將讓登月難度指數(shù)級上升。

以美國“阿爾忒彌斯計劃”、中國“探月工程”等為代表，各國今日的登月計劃有更多任務(wù)、更高追求。

比如在月球建立衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)，搭建通信網(wǎng)絡(luò)，就是中國“探月工程”的一項重要任務(wù)，它也可能是地球的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)競賽的2.0版本。

7月12日，藍箭航天的朱雀二號遙二運載火箭成功發(fā)射，這是全球首枚成功入軌的液氧甲烷火箭。

液氧甲烷，作為目前全球公認的低成本可重復(fù)使用火箭的主流推進劑，相比目前技術(shù)比較成熟的液氧煤油發(fā)動機更具優(yōu)勢，僅次于液氫液氧推進劑。

馬斯克的“星艦”火箭、貝佐斯的藍色起源研發(fā)的BE-4，以及中國運載火箭技術(shù)研究院在研的新一代重型火箭長征九號，均采用了液氧甲烷發(fā)動機作為研發(fā)方向。

下文星船知造就中國航天產(chǎn)業(yè)鏈中的部分環(huán)節(jié)略作展開。這條由導(dǎo)彈、火箭、衛(wèi)星、空間飛船以及深空探測器等航天裝備構(gòu)成的科技鏈，決定了中國能走多遠、飛多高。

碳纖維：國產(chǎn)材料保障中國航天

減重，是航天飛行器結(jié)構(gòu)設(shè)計與制造中考慮最多的問題之一。

碳纖維，正是結(jié)構(gòu)減重的利器，也是航空材料主要三大細分賽道之一（碳纖維、高溫合金及鈦合金）。一般來說，碳纖維不會直接使用。通常以碳纖維為增強體，與樹脂、金屬、陶瓷等為基體結(jié)合形成為碳纖維復(fù)合材料。

位于嫦娥五號探測器系統(tǒng)最頂端的上升器，使用碳纖維復(fù)合材料，做到了結(jié)構(gòu)自重占整器重量（ 769 kg ）僅6. 2% (47. 758 kg) ，低于標準比例的7.6%。

2022年11月，NASA 新登月計劃第一次發(fā)射的無載人火箭Space Launch System（SLS）的外殼也采用了橘紅色的碳纖維復(fù)合材料。

再以上海航天八院抓總研制的新一代運載火箭為例，若能在現(xiàn)有金屬貯箱的基礎(chǔ)上減重30%，火箭的運載能力就會提升6%。在此基礎(chǔ)上，火箭可以多搭載300公斤的載荷。對運力價格以克計的運載火箭來說，減重的重要性毋庸置疑。

碳纖維可按照力學(xué)性能、纖維數(shù)量、原絲類型進行分類。目前，國外應(yīng)用較多的碳纖維包括 M40、M40J、M55J 和 M60J級高強高模碳纖維。

航天碳纖維是典型的“量少、價高”。2022年，全球碳纖維需求的應(yīng)用領(lǐng)域中，航空航天軍工領(lǐng)域占比僅14.9%。

太平洋證券數(shù)據(jù)顯示，在2020年以前，航空航天領(lǐng)域碳纖維復(fù)材需求量僅在5%左右，但價值量（金額）卻占到近40%。

碳纖維復(fù)材的自給自足，對保障航天事業(yè)順利進行，對提高我國碳纖維行業(yè)進入高質(zhì)量發(fā)展至關(guān)重要。2022年，是碳纖維行業(yè)國產(chǎn)替代的一個里程碑：國產(chǎn)用量首次超過了進口用量。

中國國內(nèi)碳纖維需求量，曾長期處于“低水平”發(fā)展階段，主要仰賴于進口產(chǎn)品。2018年，我國國內(nèi)碳纖維需求量約為3.1萬噸，但是自給率只有29%。

直到近幾年，市場發(fā)生了天翻地覆的變化。國產(chǎn)碳纖維市場份額增速驚人。

從2019年的31.7%，2020年的38%，2021年的46.9%，到2022年，碳纖維自給率達到60.5%。根據(jù)賽奧碳纖維《2022全球碳纖維復(fù)合材料市場報告》顯示，2022年中國市場碳纖維需求總量為74429噸，其中國產(chǎn)碳纖維供應(yīng)量為45000噸。

星船知造總結(jié)國產(chǎn)替代跑出加速度的兩大原因。二者缺一不可，同步共振——1，持續(xù)擴大國內(nèi)市場規(guī)模。2，不斷突破技術(shù)瓶頸。

2021年，中國大陸地區(qū)首次超過美國，成為碳纖維全球最大產(chǎn)能國。當年碳纖維產(chǎn)能達到6.34萬噸，占全球總產(chǎn)能比重超過30%。

2022年國內(nèi)碳纖維需求占全球比值約55.1%，成為全球第一大碳纖維消費市場。碳纖維需求的應(yīng)用領(lǐng)域，主要得益于下游的風(fēng)電葉片和體育休閑——兩者拉動明顯。2022年，這兩大領(lǐng)域相關(guān)的碳纖維需求總和超過了43.5%。

但狂飆的碳纖維市場之下，中國碳纖維在航天領(lǐng)域的產(chǎn)能，卻還是一度保持“慢速度”。

根據(jù)百川盈孚，截至23Q1國內(nèi)碳纖維總產(chǎn)能10.32萬噸，但23Q1新增1.4萬噸均為T300級（T300級合計占比達72.9%，T700/T800產(chǎn)能占比僅為21.5%。

“T”代表了技術(shù)難度，航天領(lǐng)域利用的正是T700/T800為主的“高T”產(chǎn)品。

高價值的“高T”產(chǎn)品的產(chǎn)能占比較小，導(dǎo)致的結(jié)果是中國仍然是高端碳纖維進口大國。產(chǎn)能階段性過剩則主要集中在T300等通用級碳纖維領(lǐng)域。

國產(chǎn)替代通常有一個循序漸進的過程。在碳纖維領(lǐng)域，先把“低T”產(chǎn)品做大，獲得資金，有助于對“高T”高性能產(chǎn)品的技術(shù)攻堅。二者彼此共生。

有了這個基本概況的了解，再來看碳纖維航天領(lǐng)域，就能得到更精準的全貌。

碳纖維在高端應(yīng)用領(lǐng)域的核心訴求仍是性能突破。高性能進口比例不低，因此，以日本東麗為首的老牌碳纖維公司，在這一領(lǐng)域仍然賺取了大量利潤。參考太平洋證券數(shù)據(jù)：軍用碳纖維價格在3000-4000元/公斤，復(fù)材價格更是達到上萬元/公斤，相比之下，民用碳纖維價格僅為約300元/公斤或更低。

“高T”和“低T”產(chǎn)品，二者價格相差10倍。處在碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈上的企業(yè)，一旦綁定了航天軍工的訂單，會呈現(xiàn)高毛利的特征。

從全產(chǎn)業(yè)鏈看，制造碳纖維產(chǎn)品的上游原絲端與中游復(fù)合材料，是碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈的核心環(huán)節(jié)。僅原絲的制造成本就占了碳纖維的51%。

在原絲領(lǐng)域，吉林碳谷市占率達50%左右。2022年，吉林碳谷國內(nèi)碳纖維原絲產(chǎn)銷量5萬噸以上。

“吉林系”的吉利化纖集團在擴產(chǎn)能上，2022年實現(xiàn)了這一領(lǐng)域無人企及的神話：一年內(nèi)，吉利化纖的原絲產(chǎn)能增加了50,000噸，碳化線產(chǎn)能增加了26,000噸。吉林化纖2023年一季報顯示，凈利潤1207.77萬元，同比大增124.65%。

原絲環(huán)節(jié)下一步，是碳纖維產(chǎn)品。

業(yè)務(wù)重點涉及航天軍用的企業(yè)，以中簡科技為代表，生產(chǎn)ZT7（性能優(yōu)于同等級別下日本東麗的T700產(chǎn)品)及以上級高性能碳纖維系列產(chǎn)品，用于飛行器主承力結(jié)構(gòu)件。

2012年中簡科技生產(chǎn)的ZT7系列國產(chǎn)高性能碳纖維，首次真正應(yīng)用在我國自主研發(fā)的航空航天裝備上，打破了國外的技術(shù)封鎖和限制。2020年11月13日，中簡科技獲得國家級專精特新“小巨人”稱號，是第二批獲得此稱號的公司之一。

日前，中簡科技官方發(fā)布消息表示，已具備更高性能的ZT9系列（T1000/T1100級別）碳纖維的產(chǎn)業(yè)化能力。對于中國航天碳纖維，或?qū)⑦M入一個新階段。吉林化纖2023年一季報顯示，中簡科技凈利潤1.48億元，同比增長63.67%。

主攻軍民兩用碳纖維的光威復(fù)材，生產(chǎn)上正在大力推動碳纖維T700級、T800級的產(chǎn)業(yè)化。誰能夠先拿下T800級，亦是商戰(zhàn)勝敗的關(guān)鍵。

以上代表性企業(yè)中，中簡科技因航天軍用業(yè)務(wù)占比大，毛利率相對最高，2022年達75.63%。光威復(fù)材的碳纖維業(yè)務(wù)板塊的毛利率，也維持在70%以上。

《中國制造2025》中提到，到2020年，國產(chǎn)碳纖維復(fù)材要滿足大飛機技術(shù)要求，其用量達4000噸以上，到2025年基本實現(xiàn)高性能碳纖維的自主保障。

2022年12月9日，國產(chǎn)大飛機C919正式交付。作為國內(nèi)首個使用T800級高強碳纖維復(fù)合材料的民機型號，碳纖維復(fù)材占C919機身重量的11.5%。

光威集團董事長陳亮曾評價日本廠商對國內(nèi)的碳纖維供給，“全面漲價之外，高興才給你點，不高興就不給”。中國碳纖維受制于人的時代正在過去。

國產(chǎn)碳纖維在航天領(lǐng)域的速度，超過了業(yè)內(nèi)預(yù)期。2022年，除了以T1100級，IM10級和M60J級等碳纖維為代表的頂級品種，其他“高T”產(chǎn)品均已經(jīng)或正在實現(xiàn)工業(yè)量產(chǎn)。

衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)：差異化競爭，6G空天地一體化挑戰(zhàn)

中國打算讓月球也通網(wǎng)。

探月四期工程推進之際，中國探月工程總設(shè)計師、中國工程院院士吳偉仁宣布未來計劃在月球上建立互聯(lián)網(wǎng)。

借助月球互聯(lián)網(wǎng)，可以實現(xiàn)在地月及行星際之間，進行通信、導(dǎo)航、遙感等功能。而通信、導(dǎo)航、遙感，三大功能正是地球衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的基本能力。

世界范圍內(nèi)，美國有“月球網(wǎng)”項目，歐洲有“月光計劃”。但建立月球互聯(lián)網(wǎng)，我們可能比其他國家走得更快。2018年5月21日，探月工程嫦娥四號任務(wù)，“鵲橋”號中繼星發(fā)射升空。當嫦娥四號遠離地球，在月球背面執(zhí)行任務(wù)時，可以借助“鵲橋”實現(xiàn)通信。

“鵲橋”是世界首顆運行于地月拉格朗日Ｌ2點的通信衛(wèi)星。2024年，鵲橋二號中繼星將升空，為后續(xù)嫦娥六號、七號、八號任務(wù)提供中繼通訊服務(wù)。

歐洲航天局的“月光計劃”遲至2024年才會發(fā)射首顆月球通信中繼星。美國國家航空航天局等機構(gòu)要去月球，也需要和中國“鵲橋”合作。

在月球搭建互聯(lián)網(wǎng)，某種程度上可以理解為“地球衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的翻版”。

中國探月工程讓月球通網(wǎng)的故事，已經(jīng)寫在地球衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)這一集里。

中國發(fā)展衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)，星鏈是競爭對手之一。

馬斯克的“星鏈”衛(wèi)星在源源不斷涌入近地軌道。2023年6月12日，SpaceX總計第87次“星鏈”組批發(fā)射完成，這也是今年以來“星鏈”組網(wǎng)發(fā)射的第20次。至此，“星鏈”衛(wèi)星總計升空數(shù)量達到4595顆，其中2023年已升空數(shù)量為929顆。

和“星鏈”衛(wèi)星對標并極具競爭實力的是中國星網(wǎng)。2021年4月28日，中國星網(wǎng)正式成立。7月9日，長征二號丙運載火箭成功將中國的“衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)試驗星”發(fā)射升空，中國星網(wǎng)建設(shè)邁入了實質(zhì)性階段。

截至2022年底,全球在軌航天器數(shù)量達到7218個，其中美國4731個，占全球總數(shù)的65.5%; 中國704個，占全球9.7%，穩(wěn)居世界第二。

導(dǎo)航衛(wèi)星之中，美國GPS，一共有24顆衛(wèi)星；中國北斗導(dǎo)航衛(wèi)星在軌46顆。中國成為世界上第三個獨立擁有全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的國家，已有120余個國家和地區(qū)使用北斗系統(tǒng)。

世界各國在發(fā)射衛(wèi)星前，需要向ITU（國際電信聯(lián)盟）申報，該機構(gòu)負責(zé)分配衛(wèi)星的頻軌資源，據(jù)“先到先得”的基本原則進行協(xié)調(diào)。所以馬斯克狂放衛(wèi)星，不妨理解為“搶太空資源”——搶占軌道坑位和頻譜。

因軌道存在分層，后來者尚有機會。真正讓各國展開衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)競賽的紅線，是頻率。好的頻段競爭非常激烈。它直接決定了導(dǎo)航系統(tǒng)的品質(zhì)。

首先，不同頻段的信號差異很大。

例如在0.3Hz~10GHz頻段間，通信損耗最少，被稱為“無線電窗口”；其次是30GHz附近頻段，損耗也相對較小，被稱為“半透明無線電窗口”。

而被稱為“黃金導(dǎo)航頻段”的最優(yōu)頻率資源，早在上世紀就已經(jīng)被美國和蘇聯(lián)幾乎搶光了。

對于其他國家來說，只能搶占為數(shù)不多的剩余次優(yōu)頻段。

美國的星鏈、中國的星網(wǎng)，主要在近地軌道提供寬帶通信。面對強勢擴張的星鏈，在頻段競爭中，中國星網(wǎng)走差異化的道路。

中國“星網(wǎng)”申報的衛(wèi)星頻段落在于Q/V頻段，一定程度上避開了最擁擠的KU\KA段，降低了申報難度。但建設(shè)成本也會增加。

在月球互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)上，中國有一定的領(lǐng)先優(yōu)勢。那么問題來了，為什么我們在地球衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)上相比星鏈看起來優(yōu)勢并不太明顯？

一大原因是，中國基站實在太發(fā)達了。

互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展至今，基本形成了地面通訊網(wǎng)絡(luò)與衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)兩種形態(tài)。

中國憑借強大基建能力，讓廣大農(nóng)村地區(qū)也能輕松上網(wǎng)。2020年中國4G網(wǎng)絡(luò)覆蓋率就已經(jīng)達到98%；截至2021年11月行政村已全面實現(xiàn)“村村通寬帶”，累計支持全國13萬個行政村光纖網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和6萬個農(nóng)村4G基站建設(shè)。2021年底，國內(nèi)所有地級市、98%縣城城區(qū)和80%鄉(xiāng)鎮(zhèn)都能被5G信號覆蓋。

放在全球來看，這是非常炸裂的輻射范圍。全球只有75%的農(nóng)村人口接入4G網(wǎng)絡(luò)，其中88%處于3G覆蓋范圍內(nèi)，12%仍然使用30多年前推出的2G網(wǎng)絡(luò)。

（更多通信相關(guān)內(nèi)容，可點擊星船知造《危機下的中美新基建狂潮》）

上世紀八十年代起，微軟資助的Teledesic和摩托羅拉公司銥星星座都曾試圖建設(shè)衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)，取代地面互聯(lián)網(wǎng)。這一批先行者統(tǒng)統(tǒng)以失敗告終，未能挑戰(zhàn)地面通信網(wǎng)絡(luò)的普及。

結(jié)局現(xiàn)在大家都知道了。從2G、3G、4G到5G地面通信網(wǎng)絡(luò)提供的蜂窩數(shù)據(jù)，以高性價比成為全球主流的通信手段。

可能改變競爭格局的是6G。6G的傳輸速度最高可達5G的100倍，通信時延是5G的十分之一甚至更低。更重要的是，6G能借助衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)通信等技術(shù)，實現(xiàn)空天地一體化的全球無縫覆蓋。

近日，中國信通院牽頭立項的《衛(wèi)星國際移動通信（IMT）未來技術(shù)趨勢》正式獲得通過，這是國際電信聯(lián)盟無線電局（ITU-R）立項的首個面向6G衛(wèi)星的研究項目，標志著面向未來的星地融合技術(shù)標準化工作邁出了一大步。

目前衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)鏈價值重心，正在向終端及運營服務(wù)轉(zhuǎn)移。

根據(jù)SIA數(shù)據(jù)，2021年衛(wèi)星服務(wù)實現(xiàn)收入1180億美元，占衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)的比重達到42.3%。

兩點原因讓中國持續(xù)發(fā)展衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)成為必然。

首先是國家安全。美國曾運用GPS導(dǎo)航衛(wèi)星，在不熟悉地形的情況下橫穿伊拉克西部沙漠。美國有GPS、歐洲有伽利略，中國也必須發(fā)展自己的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)——防止受制于人。

其次是商業(yè)角度。在過去，發(fā)射火箭看上去像是在太空放煙花。有去無回，單次發(fā)射花費巨大。SpaceX的獵鷹9號目前已實現(xiàn)火箭多次重復(fù)發(fā)射。獵鷹系列火箭為目前成本最低的運載火箭。在重型火箭方面，長征9號可回收火箭也正在研制。

中國衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的一個當務(wù)之急，就是用更大的市場需求，來牽引整個產(chǎn)業(yè)鏈的持續(xù)升級。無人駕駛等技術(shù)的真正落地，也離不開地面網(wǎng)絡(luò)與衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的推動。

值得一提的是星鏈火箭的商業(yè)模式。星鏈火箭采用的是自研火箭，負責(zé)從發(fā)射到運營的一條龍服務(wù)。而由國家主導(dǎo)的中國星網(wǎng)，類似三大運營商的定位，衛(wèi)星需要其他供應(yīng)商企業(yè)來提供。

2023年7月13日下午3時，中國舉辦了首次火箭競拍。有衛(wèi)星發(fā)射需求的企業(yè)都可以通過競拍的方式，拍下進入太空的機會。競拍的火箭是航天科技集團八院研制的長征六號丙運載火箭，起拍價格為每公斤8萬元。

衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的搭建，商業(yè)衛(wèi)星市場的爆發(fā)，背后都離不開國家集成化半導(dǎo)體設(shè)計制造等能力的提升。

尾聲

地球上的貴金屬元素，大多來自超新星爆炸。比如黃金并不產(chǎn)自地球。人類追逐迷戀的，從來都是璀璨的星辰。

五十多年前的7月20日，阿姆斯特朗登上月球。今年7月，中國航天領(lǐng)域也發(fā)生了兩件大事——7月9日，長征二號丙運載火箭成功將中國的“衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)試驗星”發(fā)射升空；7月12日，朱雀二號遙二運載火箭成功發(fā)射。

一條由航空航天產(chǎn)業(yè)鏈構(gòu)筑的通往星辰大海之路在不斷延展，輕撫宇宙的輪廓。支撐著人類對于星空的想象。

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