世界上正在发生着哪些国内少有人关注的重要变革？ 张拯宁，工程师，飞行器设计，航空航天 轨道革命：它已经在进行，只是大众并不了解，远没有像第一个卫星、第一个人类进入太空那么轰动，但是我觉得可能再一次改变世界。 轨道革命是 2014 年美国外交政策网站刊文提出的，它是指快速发展的小卫星技术和低成本运载技术降低了进入空间和利用空间的成本门槛，使得轨道空间正在由一个航天大国俱乐部发展成一个“大众参与”的舞台。 我自己把轨道革命总结为：通过技术和管理变革，轨道革命正让航天变得更加便宜，预计在不久的将来会显著的改变每个普通人的生活！ 在我心目中，现代人类社会的伟大技术变革有两个， 一个是 IT 技术，它给人类拓展了一个全新的数字空间，就像骇客帝国中描述的那样；另一个就是航天，因为它拓展的是地球之外现实的宇宙空间。 人类开始航天活动已经有 60 多年，从前苏联发射第一个卫星 Sputnik（俄语意思就是“卫星”）开始，航天技术的发展已经极大的改变了人类社会的方方面面。 Sputnik 卫星 （话说各国第一个卫星都很丑，其实东方红一号还真挺不错，大家可以看看目前最先进的通信卫星，应该可以很直观的感受到航天技术取得了多大的进步） 上面两张图片是美国的 milstar 战略通信卫星，可以在核战时保障战略通信，不懂技术的可以感受一下这个卫星桑拿有多少副天线，然后再和上面的那个丑八怪对比一下！这就是人类 60 年航天取得的成就。 有一部我在读书时代很喜欢的电影：十月的天空 (豆瓣)，这个电影根据真实故事改变，还记得其中有一个情节，在美国乡下，大家望着天空，担心苏联从 Spudnik 上扔炸弹下来。这个故事挺生动的说明了航天技术与每个人的关系。 截至 2014 年 11 月，全球已成功发射 7023 个航天器，其中通信卫星 2013 颗；保持在轨的有 1297 个航天器，其中超过一半都属于广播和通信卫星。 看着这些密密麻麻的卫星，真心觉得这是人类伟大的成就和骄傲。说起航天，很多人其实并不十分了解，比如很多人都问为什么花这么多钱在航天上，而不用于改善民生，如何反驳「登月无用，不如拿来改善民生」的说法？ - 政治，Ernst Stuhlinger 写给修女的那封信已经回答的很清楚了。但是，我们迟早仍然无法回避这一个问题，那就是航天技术到底如何能够感同身受的改变每个人的日常生活？讲的具体点，我们普通人能不能到太空中旅游一次？我能不能马上用卫星给西北家乡的老宅子拍张照片，然后发到微信朋友圈？我觉得这些问题问的很实际，正是航天技术需要在未来回答和解决的问题。 刘慈欣在写在《太空将来时》序的"走了三十亿年，我们干嘛来了？"这篇文章中，提出一个有趣的“理想指数”的概念： 就是人安于生活的地区的半径，与他经过努力能够到达的世界的半径与之比值。 先看看那个农民的理想指数：首先确定他生活地域的半径，按照他的卑微理想，应该是从所居住的村庄到自己的田地的距离，这个不同地区差异较大，平均 2 公里应该是比较合理的。再看他经过努力能够到达的世界的半径，按照他所处的文化环境，应该可以从村里的教书先生或某个外来人那里知道自己生活在一个叫地球的大圆球上，取赤道周长的一半 20000 公里，即是他能够经过努力到达的世界的半径。那么他的理想指数是 2/20000，即 0.0001。 再看那个叫“人类”的人，他所安于生活的区域的半径正好是那个农民知道并通过努力能够到达的世界半径，即地球赤道周长的一半 20000 公里；他所知道的宇宙半径，目前大约是 150 亿光年。但到达其它太阳系外的其它恒星已经远超过他的能力，甚至现在看来有可能永远都到达不了，所以我们不考虑太阳系之外的距离；太阳系的最远边界是奥尔特星云，距太阳约 1 光年，按照他的飞船现在所能达到的最快速度要走两万多年，也不考虑；我们只考虑太阳系的外围柯伊伯带，平均距太阳有 200 亿公里，这应该是合理的，因为他的探测器旅行者 1 号已经飞出了 150 亿公里，肯定能够到达这个距离。那么，人类的理想指数是 20000/20000000000,即 0.000001。 现在我们看到，人类的理想指数，只及那个老实八脚农民的 1%，换句话说，他那让现代人轻视和怜悯的低矮卑微的理想，其实比全人类的理想宏伟了 100 倍！ 刘慈欣的理想指数实际上指出了航天技术取得的伟大成就还远远不够，因为航天技术的成就距离人类走出地球摇篮的梦想差距太大了。 回到主题，航天技术要能够切实的，让普通人感同身受的体会到对自己生活的改变，而不只是从电视直播中看看卫星发射，目前最需要解决的问题就是成本！因为我们已经完全可以把人类送上月球，也可以在空间站中长期驻留，各种各样的卫星已经极大的改变了人类生活，但是这些技术还都是太贵了。只有便宜到普通老百姓的收入能够接受的水平，某一项技术和产品才能真正成为生活中的日用品，比如汽车、电视、手机。 曾经我的家庭在上个世纪末安装电话时，初装费就要 3000 多元，这笔钱在 20 世纪 90 年代绝对是一笔巨款，但是现象我们已经被移动互联网紧密的联系在一起，而费用极低，也就是说 IT 技术的进步让我们可以用极低的费用进入数字空间。与此对比的是，目前真正意义上进入太空需要花费 2000 万美元，而且只有 4 个人实现了这个梦想，迄今为止，人类也只有 400 多人进入太空，这无论如何都太贵了。 不谈载人航天，我们看看几个主要的卫星应用领域： 卫星通信：举例来讲：一部海事卫星电话售价大约 450 美元，通话费用大约每分钟 10 元，我估计大多数老百姓是承受不起这个价格的（话说我发现中国移动漫游到中亚某国时，每分钟要 40 多，当时我就哭了，NMD 比海事卫星电话还贵！）。但是卫星电视广播由于覆盖区域大，非常适合对全球进行单向的广播式服务，价格也很低，所以各位家里的电视长才有那么多卫视频道。 (有知友提到目前话费约 7 元，我没有核实，这很有可能，因为卫星电话的资费必然不断下降，这也正是我这个回答试图指出的。当然，我觉得目前每分钟 7 元仍然太贵了。) 海事卫星手持电话 卫星遥感：很贵！别看你在手机上就可用 google earth 看到卫星照片，但那都是很久以前的，如果你要订制一个最近的卫星影像，0.5m 这样高分辨率的卫片的价格大约是每平方公里 500 元左右（WorldView-2 0.5 米分辨率卫星地图影像产品 -- 如何购买 WorldView-2 卫星地图产品|WorldView-2 卫星地图价格|WorldView-2 卫星地图 GIS 处理|WorldView-2 卫星地图种类|）。实际上这一价格已经大大降低，但是一是仍然太贵，二是卫星遥感是很难保证实时性。 WorldView-2 拍摄的青岛港 卫星导航：这是一个正面的例子，由于全球卫星导航理论上只需要 30 颗卫星左右，因此整个系统的规模并不大。而且由于地面设备可以芯片化，成本可以非常低。所以，卫星导航芯片进入了几乎每个人的手机，卫星导航给大家的生活带来了很大的便利，因为它便宜。 为什么航天产品贵？ 原因很简单： 一是因为太空旅行需要克服地球引力，要达到第一宇宙速度，需要消耗大量的能量，自然很贵。 二是由于空间环境的特殊性，对于各种元器件和设备的可靠性要求很高；同时由于航天器几乎无法维修，要实现长寿命一是难，二是贵。 上面是根本原因，说道具体的其实和手机之类的普通工业产品很类似。手机为什么便宜了，一是元器件成本不断降低，二是技术成熟，对工程师的要求低了。概括起来，工业产品的价格由原材料还有人力资源成本决定，当然在商业社会，营销费用和渠道费用也不少，但本质上还是原材料和人工成本。 举个例子：对于航天，在很长一段时间，对于元器件的各种指标要求非常高（所以才有工业级、军品级、宇航级之分）。一个电阻，如果是工业级，便宜到人家都没法给你报价，因为都是几千个起呢；但是对于宇航级，那真的很贵！由于中国的工业基础仍然薄弱，一般的元器件不能达到要求，所以要通过一系列的筛选试验，挑出来好用的，这样下来，当然便宜不了。而且，航天器的数量太少，你看，全球在轨一共才 1000 多个卫星，这样的数量，就没办法用批量化的方法降低成本。 对于人力资源成本：由于航天技术的复杂性和特殊性， 人才的培养周期长，对带头人的要求高，这就客观上造成了每个航天大国都必须养一支庞大的、高水平的专业人才队伍。因为航天人才的特殊性，供给不充分，不可能到你用人的时候才去招聘，来不及，这个和招聘个厨子或者是 IT 工程师有很大不同。诸如此类的原因，造成了全世界官办航天机构的效率都不高，人力成本也一直降不下来。 但是情况正在起变化： 首先，工业产品进步很大，实际上，目前许多工业级的元器件可靠性已经很高，只要采取一些保护措施，是可以用于航天产品的，虽然达不到太长的寿面，但是算经济账，平均成本是划算的。举例来讲，现在设计一个卫星，可以不要求 10 年的寿命，比如只要 6 年，卫星成本可以下降不止一半，这样，即使到期再发射一颗也合适。但是光这一点还不够，因为还要考虑发射成本。 其次就是越来越多的私营企业开始介入航天，著名的比如维珍、SpaceX。私营企业总是比官僚机构更有效率和创新性，因此，他们的出现，就可能大大降低人力成本，并可能通过创新性的设计，降低系统复杂度，使得整个航天任务更加便宜。 最后就是创新设计：例如，上面这个例子没有考虑发射成本，但是火箭的发射成本也在不断降低，SpaceX 公司的理想就是研制成功能够重复使用的火箭，这样可以大大的降低发射成本，原因在于虽然火箭燃料贵，但是一枚火箭成本中最大比例的必然是发动机、控制系统等，如果这些部分实现重复使用，发射成本就可以大大降低了。 蚱蜢火箭 轨道革命的典型例子是遥感小卫星星座。 美国 Skybox 公司正在发展大规模商业小卫星星座，计划建成 24 星星座，看看它的主要指标： 1m 分辨率 CMOS 面阵成像； 支持 5Hz 高清视频， 星座实现 8 小时全球数据更新。 这两个指标非常之高，要知道我们的高分 2 号才刚达到 1m 分辨率（高分二号――千里眼高分辨率看地球时代到来 -- 科技 -- 人民网），关键是价格会显著降低。Skybox 公司已经被 google 收购，而 Google 还计划投资 10 亿美元建 180 颗卫星，开拓全球偏远地区的互联网接入服务市场。 SkySat 小卫星 再看另一家行星实验室公司，2014 年共发射 3 批次 Flock-1 星座，2 批次从国际空间站释放，均为 28 星；1 批次火箭直接发射，11 星已入轨，分辨率 3~5m，实现覆盖区域内近实时覆盖。而萨瑞公司更是推出彩色视频成像小卫星，价格约 2000 万美元，分辨率优于 1m。（2000 万美元啊！了解航天的人才知道这真是太便宜了）。国内百度、阿里等都对航天非常感兴趣，李彦宏在政协会议还提出了国家向民营企业开放航天市场的提案。 对于卫星通信：星间激光链路已经成为现实，星地光通信也已经取得重大进展，如果顺利实现，相当于将光钎搬到了空间。要知道卫星通信在 20 世纪 90 年代后期发展缓慢的重要原因是因为地面光钎通信实在是容量太大，单位通信成本非常便宜。如果空间激光通信达到预期指标，成本可控，那么卫星通信又有广域覆盖、易于实现多址、抗干扰等等优势，说不定会是又一次通信技术的革命。（话说铱星计划技术多么完美，但就是太贵。） 欧洲的 alphasat 卫星平台，已经有激光通信链路 对于载人航天:维珍公司推出的近地轨道体验，100km 轨道，4min 多钟，20 万美元，虽然普通老百姓玩不起，但已经便宜了不少。SpaceX 公司的 Dragon V2 载人飞船，很是吸引眼球，当然，他们的路还很长很长。 Dragon V2 载人飞船 2013 年全球发射卫星中 50%为微小卫星，技术趋势已经非常显著。我已经真实的感受到一场新的航天技术革命已经开始，轨道革命已经不是幽灵而是正在进行的伟大变革，它将改变每个人的生活和未来！ 查看知乎原文
