太空已不再是政府以及航空航天和国防企业的专属领域。
麦肯锡指出,现在把握新兴机遇的企业可能获得先发优势。
麦肯锡认为,太空经济已带来诸多益处,且前景更加广阔,包括监测气候变化、粮食安全和国家安全。
麦肯锡表示,未来面临的挑战(包括技术和资金方面的挑战)不容小觑,但太空的潜力同样巨大。
第二次世界大战后不久搭乘商业航班的乘客并不知道,航空旅行会在接下来的十年里迅速发展;1990年代最早登录互联网的大众也没有想到,计算机有一天会提供他们获取的大部分新闻、娱乐和社交生活。如今,很少有人了解太空经济(广义上指在轨道或其他星球上开展、造福人类的各类活动)可能很快就会改变人们的生活和工作方式。
一些变革的迹象已经显现,例如关于SpaceX、蓝色起源以及其他私营公司发射自有火箭、部署卫星星座的新闻频频见诸头条。这些活动过去主要是政府机构的专属领域,如今之所以能在私营部门开展,是因为制造、推进和发射方面的最新技术进步,使进入太空并执行任务变得容易得多,成本也低得多。成本降低为新创企业打开了大门,也促使老牌航空航天企业探索过去看似成本过高或难度过大的新机遇。技术进步也吸引了投资者,过去五年太空领域的融资激增。
创新太空应用的潜力巨大,尤其是在老牌航空航天企业与传统上从未涉足轨道的企业建立合作伙伴关系的情况下。例如,制药公司可能在空间站建立实验室,研究细胞生长;半导体企业可能在地外工厂生产芯片,以确定太空环境的某些方面(例如失重)是否能改善生产工艺。这些可能性在几年前或许还像是科幻小说里的情节,但在不久的将来,可能成为多个行业企业业务的重要组成部分。
但是,企业应如何以及何时利用其更便捷的太空通道,并探索新兴应用场景?在技术仍处于萌芽阶段的情况下,企业又该如何判断哪些机遇最具前景?尽管许多问题仍不明朗,但现在就开始探索这些问题的企业,可能获得长期优势。
太空经济的益处——未来还将进一步显现
太空长期以来一直是创新的重要孵化器,最初是政府和大型电信公司,如今多家私营企业也加入其中。从1957年人造卫星一号发射至今,太空经济所创造的大部分价值来自卫星服务,包括通信、数据与图像采集和分析。卫星帮助大型企业完成多项任务,包括对偏远地区的库存进行监控、信用卡交易的即时授权以及国际视频会议。当在线导航系统定位消费者的位置,或者当消费者在飞机上或没有手机信号塔的偏远地区打电话时,他们都在使用卫星技术。电视观众之所以能观看喜爱的节目,也要感谢卫星传输的信号。这些活动中卫星的作用常常被忽视(许多人可能以为是地面计算机网络提供了必要的连接),直到出现故障,才会让人们注意到这项在后台默默运行的技术。
此外,卫星还帮助各国领导人应对棘手的社会、环境和经济挑战。以下几个例子说明,卫星数据往往能比其他来源更有效、更全面地提供洞察:
气候变化。目前有160多颗卫星监测地球,以评估全球变暖的影响,并发现非法采伐等可能加剧该问题的活动。美国国家航空航天局(NASA)已在其Aqua卫星上搭载仪器,20多年来一直监测环境变化,包括与海水、水汽、云层、海冰和陆冰以及降水相关的变化。其他卫星提供的信息,可以帮助政府机构就野火、海岸侵蚀以及其他与气候相关的自然灾害采取紧急行动。
粮食安全。卫星数据越来越多地用于监测作物生长情况,以及干旱或虫害等对收成的潜在威胁。SERVIR项目由美国国家航空航天局与美国国际开发署合作开展,利用对地成像卫星和地理空间技术的数据,帮助各国政府应对包括粮食短缺在内的多个问题。
国家安全。政府常与私营部门企业合作,利用卫星图像和数据获取有价值的情报,例如部队调动或武器系统部署的相关信息。
据非营利组织太空基金会(Space Foundation)统计,2021年太空经济价值为4690亿美元,较2020年增长9%,是自2014年以来的最高增幅。尽管太空经济目前的大部分价值来自促进或增强地球上的活动,但未来可能产生的重大价值,还将来自完全在轨道上进行的功能,例如在轨服务、研发和制造。话虽如此,当今可用的卫星服务仍将保持重要地位,并可能对某些新兴应用场景至关重要。
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最终,迎来转折点
研究人员和其他太空爱好者长期以来一直在讨论轨道商业活动的潜力,甚至是太空城市的发展。但如今,随着成本降低和技术能力提升,太空经济或许终于迎来转折点,企业能够在太空开展大规模活动。随着成本持续下降,将有更多企业考虑太空业务;而且,它们第一次可能真正从太空探索中获利。
发射更频繁,成本更低
近地轨道(LEO)重型发射的成本已从每公斤6.5万美元降至每公斤1500美元(以2021年美元计),降幅超过95%。计算机辅助设计、3D打印以及其他创新,通过简化制造流程和改善供应链,促进了成本降低。注重效率的新型商业发射服务商的出现也起到了帮助作用。例如,这些企业的工程师为运载火箭开发了可重复使用的部件,这在降低成本的同时也促进了可持续性。近期发射频率的提高,尤其是SpaceX的发射频率提升,正在加速成本下降。
当前的研发工作有望进一步降低发射成本。例如,Relativity Space计划利用3D打印、人工智能和自主机器人技术,建造一支完全可重复使用的低成本火箭机队。这些运载火箭的首次发射计划于2024年在佛罗里达州卡纳维拉尔角进行。同样,SpaceX计划于2022年底对其可重复使用的“星舰”(Starship)运载火箭进行全尺寸轨道试飞,该火箭是迄今为止建造的最高、功率最强的火箭。
卫星更小,收益更大
近年来,由于各种技术进步,卫星的尺寸和重量显著减小,这些进步主要由私营企业推动,例如采用更轻的太阳能板和效率更高的电池。这些变化,加上商用现货组件的更广泛使用,降低了卫星成本,使更多机构能够发射和运营卫星。卫星需求的增长也在改善成本,因为制造商通过提高生产量获得规模经济。这些较低的成本已经改变了太空格局。大型政府卫星中,有些造价高达10亿美元以上,且往往部署在远离地球的轨道上,如今在近地轨道上,数量已被较小的商业卫星超越,这些商业卫星通常以星座形式部署,造价可低至10万美元或更低。
随着卫星成本下降,研究人员开发出新技术,例如更高分辨率的传感器,推动了图像采集、数据处理以及其他功能的发展。与仅仅五年前相比,卫星现在能够收集、分析和传输的数据量要大得多。
投资增加,创新加速
公共机构,尤其是美国国家航空航天局以及美国国防部和情报界,传统上提供了大部分太空投资。尽管这些机构仍将是主要资金来源,但成本降低与技术日益成熟的结合,正吸引越来越多来自特殊目的收购公司(SPAC)和私人投资者的投资,这一趋势正在推动创新。
2021年,私营部门对太空相关企业的投资超过100亿美元——创历史新高,约为过去十年的十倍。同期,美国政府在全球太空研发资金中的占比从约70%降至约50%。与此同时,2010年至2018年间,每年获得资助的太空相关初创企业数量增长了一倍多。商业资金可能在20年内超过政府资金,政府对这一趋势基本持欢迎态度,这可能促成互利共赢的公私合作伙伴关系。
新应用场景与更大动能
尽管仍存在诸多不确定性,但分析师对太空前景如此乐观,以至于一些人认为,得益于现有应用场景的增强以及全新应用的开发,太空产业将成为一个1万亿美元规模的产业。在许多雄心勃勃的太空项目能够成为现实之前,还必须取得更多进展,包括进一步降低发射和运营成本;但技术的持续改进正在鼓励企业当下就增加对太空经济的投资。新的应用场景可分为两大类:促进地面活动的“为地球服务的太空应用”,以及仅涉及在轨道上开展活动的“太空内部应用”。
为地球服务的太空应用
卫星日益先进,使研究人员能够增强现有应用场景并开发新的服务。许多企业近期已在近地轨道部署了更小、成本更低的卫星(该轨道非常适合高带宽、低延迟通信),以提供更好的卫星连接服务。过去大多数近地轨道星座的发射努力都因成本高昂、需求有限和资金不足而失败,但如今情况已大不相同。SpaceX的“星链”(Starlink)已经发射了近地轨道星座,并拥有其卫星宽带网络的付费用户。OneWeb和亚马逊的“柯伊伯计划”(Project Kuiper)等也计划很快部署近地轨道星座。卫星成像是当前应用中经常使用的另一项技术,它也取得了改进,能够提供更详细、更准确的信息,从而催生多种新的应用场景。
以下是一些最重要的为地球服务的太空应用:
偏远地区的互联网服务。在服务不足或农村地区,地面网络往往难以建设或在经济上不划算。除基本不便外,缺乏连接还可能妨碍远程教育或在线医疗咨询等重要服务。通过向这些地区提供互联网服务,卫星连接可以增进教育公平和社会互动,并改善公共卫生,尤其是在新冠疫情仍限制部分人面对面交流的情况下。
农业。天基遥感传感器可收集大量数据,包括图像、天气模式信息以及电磁波测量数据,这些数据均可用于农业。麦肯锡每年开展的数字化农场主采用情况调查显示,29%的行作物农场主和45%的特种作物农场主已经依赖此类数据,或计划这样做。卫星传感器在农业中的最大价值,在于提高产量的机会。例如,农民可以利用卫星图像在季节早期识别需要重新播种的区域,而无需进行可能耗时且可能遗漏部分田块的人工检查。
能源。公用事业公司可利用卫星数据监测可能干扰电力线路等关键基础设施的植被。通过在问题升级之前加以解决,企业可能避免停电。
采矿。卫星可支持采矿企业的一些最重要职能。更好的连接可能通过帮助总部专家与现场员工沟通以解决问题,从而提高偏远地区的生产力。卫星数据还可帮助采矿企业绘制排放图、监控供应链沿线的运输,并通过识别富含矿物的区域来改进勘探工作。
保险。更好的成像技术可能使更多保险公司能够以具有成本效益的方式评估偏远地区的风险和损失;更高的分辨率和更高的图像序列频率,能更清晰地定位问题,并免除现场查勘的需要。基于射频的测绘试点项目可以探测“隐藏”的运输活动,有助于海运和大宗商品对冲基金客户追踪海外货物的流动。
太空内部应用
许多新兴的“太空内部”应用如今首次成为可能,因为成本降低使频繁发射和长期任务在经济上更具可行性。以下几个可能获得推广的应用场景值得关注:
研发。太空研发并非新的应用,但航空航天行业以外的企业此前并未在这一领域开展大规模项目。然而,随着成本降低和技术改进,这一情况可能改变,企业可以在迄今为止对国际空间站的研究基础上进行拓展。在其他应用中,制药公司可以开发用于预测疾病模型的细胞培养物。这些培养物在地球上以众所周知的模式生长,而太空的新环境将改变其生长模式,揭示新的见解。同样,消费品公司可能希望在太空开发产品,那里的高辐射水平、接近真空的状态以及零重力,可能有助于改进设计和制造。例如,一家美容产品制造商可能在严苛的太空环境中发现有关皮肤护理的新信息,而这种环境会加速衰老。
制造、建造和组装。超重型运载火箭,例如SpaceX的“星舰”,可能使企业更容易在轨道上建立工厂或制造基地。一些半导体企业已经在探索在此类设施中生产芯片的潜力,因为太空中天然的真空环境可能通过减少或消除生产过程中的气体,从而促进创新的薄层技术。
加强太空探索与太空居住。如果核推进等技术持续进步,包括载人火星任务在内的创新型深空探索可能成为可能。包括蓝色起源的杰夫·贝索斯在内的一些领袖人物已在推测,大量人员甚至可能在太空中生活和工作。近期关于太空旅游的新闻报道,或许是太空不再只属于少数精心挑选的宇航员的第一个迹象。
目前,大多数这些太空内部领域的活动十分有限,但进一步的技术改进,例如卫星之间的激光通信以及更好的边缘处理(即在太空中而非下载后处理数据),可能加速进展。尽管仍难以判断哪些应用场景(如果有的话)会获得显著推广,但行业利益相关方可以通过考虑有助于太空企业及其他机构适应新格局的措施来推动进展。例如,关于轨道使用的指导方针可能有助于降低太空中发生碰撞的几率,这类碰撞可能导致碎片产生。
得益于成本降低和准入门槛下降,太空不再只是大型航空航天企业或拥有庞大预算的公共机构的专属领域。它是一个能够为几乎任何行业部门带来诸多益处的领域,无论是在地球上还是在轨道上。从制药到半导体,各行各业中已有一些企业正在拓展其太空能力、探索新的应用场景或试点创新应用。几年之后,行业领袖可能会将这些早期行动者与那些在1990年代初就认识到互联网潜力并迅速建立在线业务的企业相提并论。未来面临的挑战(包括技术和资金方面的挑战)不容小觑,但太空的潜力同样巨大。那些因深陷当前挑战或低估未来机遇而忽视太空的企业,最终可能会发现自己急于追赶早期领先者。

