從俄烏沖突看“星鏈”:徘徊在近地軌道上的太空“絞索”
軍工資源網(wǎng) 2022年05月19日4月底,美國(guó)全國(guó)廣播公司(NBC)報(bào)道稱,目前有超過(guò)1萬(wàn)個(gè)“星鏈”終端為烏克蘭提供服務(wù)。在報(bào)道出爐后不久,烏克蘭數(shù)字部長(zhǎng)米哈伊洛·費(fèi)多羅夫(Mykhailo Fedorov)也表示,“星鏈”所提供的服務(wù)是“對(duì)烏克蘭基礎(chǔ)設(shè)施和恢復(fù)被破壞領(lǐng)土的至關(guān)重要的支持。”
“星鏈”項(xiàng)目是由美國(guó)太空探索技術(shù)公司(SpaceX)發(fā)起建設(shè)的衛(wèi)星系統(tǒng),啟動(dòng)自2015年2月,目前,Space X已經(jīng)發(fā)射了兩千多枚“星鏈”衛(wèi)星。
如果確如西方媒體報(bào)道所言,“星鏈”在俄烏沖突中為烏克蘭提供了服務(wù),那么這顯然成了烏克蘭在國(guó)際上進(jìn)行輿論戰(zhàn)和外交政治活動(dòng)的關(guān)鍵基礎(chǔ)。
“星鏈”難以摧毀 潛在軍事價(jià)值巨大
可靠、高效的通信是任何軍事行動(dòng)的先決基礎(chǔ)?!靶擎湣毕到y(tǒng)覆蓋全球的高速互聯(lián)網(wǎng)接入能力本身就具備不可估量的軍事價(jià)值。
而且因處于不斷的高速移動(dòng)過(guò)程中,基于多普勒效應(yīng)的相關(guān)算法,“星鏈”系統(tǒng)能夠具備精度達(dá)到10米以內(nèi)的定位能力,從而成為GPS系統(tǒng)的戰(zhàn)時(shí)備份。
更進(jìn)一步,“星鏈”衛(wèi)星還有能力搭載紅外成像等其他載荷,實(shí)現(xiàn)更為敏感的全球監(jiān)視等關(guān)鍵軍事能力。
一箭60星的“星鏈”衛(wèi)星。
按照SpaceX公司目前的規(guī)劃,整個(gè)“星鏈”系統(tǒng)由分布在近地軌道上的4.2萬(wàn)顆小型衛(wèi)星組成。其中任何一部分衛(wèi)星失效,都可以由附近的衛(wèi)星迅速重構(gòu)網(wǎng)絡(luò),并依托可回收重型火箭,以非常低廉的發(fā)射成本進(jìn)行迅速補(bǔ)充。
3月底,美國(guó)空軍進(jìn)行了F-35A高速通信測(cè)試,其中就用到了“星鏈”系統(tǒng)。
這種去中心化、易補(bǔ)充的特性已經(jīng)在今年年初得到了初步驗(yàn)證:在2022年2月3日發(fā)射至測(cè)試軌道的49顆星鏈衛(wèi)星中,有40顆由于太陽(yáng)活躍引發(fā)的大氣層膨脹而失控墜毀。雖然一些評(píng)論認(rèn)為這是SpaceX公司的決策失誤所造成的,但是“星鏈”系統(tǒng)所用的衛(wèi)星與傳統(tǒng)的通信衛(wèi)星,不論是制造發(fā)射成本,還是功能差異、運(yùn)營(yíng)模式等都不具備可比性。從后續(xù)“星鏈”系統(tǒng)的服務(wù)狀況來(lái)看,這樣的損失也對(duì)其沒(méi)有造成大的影響。
顯然,這是一種去中心化、易補(bǔ)充、成本低的全球分布式衛(wèi)星系統(tǒng)。從目前的情況來(lái)看,要物理性地摧毀“星鏈”系統(tǒng)存在很大的困難。
繞過(guò)傳統(tǒng)航天模式的顛覆性觀念
SpaceX公司對(duì)“星鏈”項(xiàng)目的核心設(shè)計(jì)目標(biāo)是盡可能地壓低發(fā)射和衛(wèi)星制造成本。隨著發(fā)射數(shù)量的繼續(xù)增加,以及每5至7年的衛(wèi)星更新頻率,40顆衛(wèi)星損毀這樣的意外損失將在未來(lái)被衛(wèi)星制造和發(fā)射成本的不斷降低所抵消。
“星鏈”所使用的衛(wèi)星只使用電推進(jìn)系統(tǒng),其中一個(gè)至關(guān)重要的原因是:在美國(guó),肼類燃料推進(jìn)系統(tǒng)由于涉及高毒、易燃、易爆的特性,人力和勞保環(huán)保成本極為高昂。
去除肼類燃料推進(jìn)系統(tǒng)后,衛(wèi)星的制造標(biāo)準(zhǔn)就更接近傳統(tǒng)消費(fèi)/工業(yè)電子產(chǎn)品。大規(guī)模批量生產(chǎn)的純電推“星鏈”衛(wèi)星,設(shè)計(jì)、測(cè)試和生產(chǎn)成本因巨大的產(chǎn)量被分?jǐn)偟娇涨暗土某潭?,衛(wèi)星本身的造價(jià)就異常低廉。
SpaceX火箭已經(jīng)創(chuàng)造了12次以上復(fù)用的紀(jì)錄。
此外,作為支持起“星鏈”系統(tǒng)的關(guān)鍵,SpaceX公司旗下的“獵鷹”系列火箭也顯示出了巨大的作用。
在傳統(tǒng)的航天領(lǐng)域觀念中,可回收設(shè)計(jì)必然導(dǎo)致結(jié)構(gòu)和飛行控制系統(tǒng)更復(fù)雜、載荷能力更弱,這會(huì)使得這類火箭成本高、風(fēng)險(xiǎn)高、性能低,缺乏實(shí)用價(jià)值。
但SpaceX公司的經(jīng)驗(yàn)正在證明,可回收火箭帶回的完整箭體和發(fā)動(dòng)機(jī),對(duì)于進(jìn)一步查明火箭的缺陷和不足、優(yōu)化箭體設(shè)計(jì)具有重大的價(jià)值。配合快速迭代的研發(fā)管理模式,可回收火箭的性能進(jìn)化速度遠(yuǎn)超傳統(tǒng)火箭,更使得單次發(fā)射成本降低到了傳統(tǒng)航天產(chǎn)業(yè)無(wú)法到達(dá)的地步。
從汽車到飛機(jī) 從飛機(jī)到衛(wèi)星
百年以來(lái),由于工作環(huán)境和自身特性的諸多限制,航空航天器在設(shè)計(jì)制造過(guò)程中總是面臨著大量的困難——要在極為輕巧緊湊的結(jié)構(gòu)限制下,設(shè)計(jì)出具備極高整體強(qiáng)度、極強(qiáng)耐高溫能力并能夠?qū)崿F(xiàn)各種復(fù)雜功能的航空航天器,不斷突破現(xiàn)有工程設(shè)計(jì)的邊界與極限,是全球航空航天產(chǎn)業(yè)的日常。
這種高難度、高風(fēng)險(xiǎn)的項(xiàng)目背景,一方面使航空航天產(chǎn)業(yè)成為了尖端基礎(chǔ)研究和工程技術(shù)匯聚的核心工業(yè)領(lǐng)域;另一方面,也使得航空航天器作為一類工業(yè)產(chǎn)品,在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)上面臨困境:
因?yàn)轱L(fēng)險(xiǎn)管控嚴(yán)格,產(chǎn)品的商業(yè)潛力受到限制,研發(fā)進(jìn)度放緩,而成本管控又相對(duì)寬松,設(shè)計(jì)制造成本容易居高不下,產(chǎn)能也較為受限。
這帶來(lái)了航空航天產(chǎn)業(yè)歷史上的一系列矛盾現(xiàn)象,在和汽車工業(yè)的對(duì)比上,這種矛盾表現(xiàn)得尤為其突出:
從技術(shù)上看,航空航天產(chǎn)業(yè)是毫無(wú)疑問(wèn)的領(lǐng)跑者。
比如達(dá)索的CATIA設(shè)計(jì)軟件,最早用于飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),之后被推廣應(yīng)用于汽車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上,目前已經(jīng)成為汽車產(chǎn)業(yè)的核心基礎(chǔ)軟件。這種先進(jìn)理論和技術(shù)從上游向下游外溢擴(kuò)散的現(xiàn)象,在航空航天產(chǎn)業(yè)和汽車產(chǎn)業(yè)之間,幾乎總是從前者單向地流向后者。
福特汽車公司的流水線生產(chǎn)模式宣告了汽車產(chǎn)業(yè)界傳統(tǒng)作坊式生產(chǎn)的終結(jié)。而航天產(chǎn)業(yè)的類似進(jìn)化則要晚得多。而且直至目前,批生產(chǎn)程度依然無(wú)法與航空產(chǎn)業(yè)相比。從這個(gè)角度來(lái)說(shuō),SpaceX公司大大推進(jìn)了火箭和衛(wèi)星的批量生產(chǎn)節(jié)奏。
但從管理體制上看,汽車產(chǎn)業(yè)卻多次對(duì)航空航天產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)了逆向輸出,影響極為深遠(yuǎn)。比如二戰(zhàn)時(shí)期,航空產(chǎn)業(yè)真正向流水線化的高效率大規(guī)模生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)變,就依賴于福特汽車公司的介入和指導(dǎo)。
冷戰(zhàn)期間,基于豐田汽車公司管理經(jīng)驗(yàn)的精益生產(chǎn)管理體系也被普遍引入各國(guó)航空航天產(chǎn)業(yè),成為降低成本、提升產(chǎn)品質(zhì)量、牽引產(chǎn)能提升的關(guān)鍵之一。
相比航空航天器,汽車雖然也需要復(fù)雜的設(shè)計(jì)制造流程,但由于其風(fēng)險(xiǎn)較低、商業(yè)化程度較高,技術(shù)迭代、成本控制和流程優(yōu)化的壓力和動(dòng)力也更大一些。這使得汽車產(chǎn)業(yè)雖然是技術(shù)上的承接者,卻是管理理念上的領(lǐng)先者。
從某種意義上來(lái)說(shuō),“星鏈”系統(tǒng)所創(chuàng)造的新模式正如同汽車產(chǎn)業(yè)的觀念對(duì)航空領(lǐng)域的影響一樣,沖擊著傳統(tǒng)的航天產(chǎn)業(yè)。
航空航天產(chǎn)業(yè)正在經(jīng)歷第三次變革
“星鏈”系統(tǒng)正在以現(xiàn)代電子信息產(chǎn)業(yè)的管理模式向傳統(tǒng)航天產(chǎn)業(yè)發(fā)起沖擊,并在美國(guó)成功建立了一套全新的、相當(dāng)有影響力的新產(chǎn)業(yè)鏈。相比之下,以波音等防務(wù)公司為代表的美國(guó)傳統(tǒng)航天產(chǎn)業(yè)陣營(yíng)就顯得遜色不少。
美國(guó)下一代戰(zhàn)斗機(jī)假想圖
雖然SpaceX的董事長(zhǎng)埃隆·馬斯克(Elon Musk)目前還沒(méi)有宣布將直接涉足航空業(yè),但是其通過(guò)SpaceX以及“星鏈”系統(tǒng)所體現(xiàn)的產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)對(duì)航空業(yè)產(chǎn)生了顯著的影響——在近年來(lái)美國(guó)空軍所發(fā)布的未來(lái)飛行器項(xiàng)目發(fā)展規(guī)劃中,對(duì)技術(shù)快速迭代等要素的重視被提升到了前所未有的高度,這也對(duì)傳統(tǒng)的航空防務(wù)企業(yè)提出了更高的要求。
而對(duì)航空航天領(lǐng)域的后發(fā)國(guó)家來(lái)說(shuō),如果不能對(duì)自身的航空航天產(chǎn)業(yè)進(jìn)行有效的改革調(diào)整,那么在未來(lái)的發(fā)展過(guò)程中就將面臨差距無(wú)法彌補(bǔ)、甚至不斷被拉大的風(fēng)險(xiǎn)?!靶擎湣毕到y(tǒng)現(xiàn)階段所顯示的軍事威脅還僅僅是這種風(fēng)險(xiǎn)的一部分。