2020年的全球火星大會（Mars Society Convention），人們幾乎只記住了馬斯克洋洋洒洒一小時講話里，關於“2024年把一艘貨型飛船送到火星上”的計劃。實際上，包括NASA前局長吉姆·布里登斯汀在內，有150多位航空航天行業專家與愛好者，跟馬斯克一起，有理有據地腦洞了“如何殖民火星”的人類遷徙目標。
作者| 宇多田
不過，這群你既可以稱為“夢想家”，也可以看作“空想家”的人里，東方面孔很少。在一個由4位華人組成的討論圓桌上，克萊門森大學天體物理學博士、數據科學家喻天弘，又是其中唯一一個來自民營航天企業的代表。
2020年火星行業大會線上中國小圓桌，左上為喻天弘博士
他的觀點並不複雜。
簡單來說，他描繪的是一門“在礦區向淘金者賣水”的周邊生意——把人類從地球運往火星的最大阻力之一，是難以想象的運輸成本。由於星際飛船引擎需要持續不斷的供能，只有依靠中途“加油站”的補給，才能完成這長達幾億公里的旅行。
雖然喻天弘認同吉姆所說的“在長途中，利用月球的水資源，將其轉化為液氫液氧燃料”是個不錯的主意。但他指出，相比月球引力，近地軌道幾萬顆小行星們才更有利可圖——
引力幾乎可以忽略不計，很容易被“抬”起或“摘”下，就像太空里低垂的果實。
另外，有據可查的是，這些行星上也有豐富的水資源與礦物質，因此顯然是更好的選擇。
“水在地球上是便宜的，但在太空中卻格外昂貴，相當於‘太空貨幣’。3000美元一杯水並不是聳人聽聞。無論是空間站宇航員的飲用水，還是電解發動機燃料的水，現在所有方式都是從地面火箭運上去。”
哈佛大學天體物理學博士、麻省理工Einstein Fellow、中國高能天體物理學家蘇萌告訴我們，目前各國每公斤高昂的火箭發射定價（中國大約在15萬人民幣/公斤），也與此相關。
有意思的是，也就是在2021年2月，美國NASA宣布將運到太空站的每公斤貨物商業發射費用從3000美元提升到2萬美元。
對於從學界走出，開始探索太空商業價值的蘇萌與喻天弘來說，這是一個有用的線索指引：
幫飛船以及空間站，去尋找這些小到難以察覺的小行星，在上面“掘井取水”，甚至不排除在未來開採礦產——譬如挖掘更多像鉑金這樣的貴重金屬，把它們在太空“加工”后帶回地球。
高能天體物理學家蘇萌博士
2014年，美國NASA發射獵戶座載人飛船試飛成功，以及隨後一大批所謂“太空資源開採”與衛星公司的建立后，就把這股略顯虛幻但卻大膽的太空夢吹到了中國，因而誕生了一系列商業航天企業。
某種程度上，二人在2017年成立中國創業公司Origin Space（起源太空），受到了以SpaceX為先驅的全球航天產業商業化大趨勢和“太空挖礦熱”的鼓舞。
然而，就在過去6年裡，這個“偉大的夢”在國外被照進現實的路徑，卻破碎的有理有據。
骨感現實：第一集故事已落幕
說實話，如果不是這家名為Origin Space（起源太空）的公司創始人蘇萌教授與喻天鴻教授的學術與工程背景，我們可能會立刻把其歸為“最具有出版科幻小說潛質的騙子公司”。
首先，小行星採礦的概念已經存在了很長時間。
1971年，NASA就開始發起關於太空採礦的研究。2005年11月，日本發射的隼鳥號航天器據說降落在了小行星上，並在收集1000克小行星顆粒狀物質樣本后，於2010年6月返回地球。
於是，從那時候開始，“走，去太空挖礦，為地球造福！”的商業營銷機器便開始緩慢運轉起來。
大量關於太空挖礦的創業公司冒了出來。譬如，最有名的，便是成立於2009年的太空資源探索公司Planetary Resources。
在它的投資人名單上，Google聯合創始人拉里·佩奇與維珍集團創始人理查德·布蘭森排在最前面。
在2016年就頒布太空資源法，非常支持太空開發的歐洲小國盧森堡贈予Planetary Resources大約1300萬歐元（左邊二位為盧森堡王儲，右一為Planetary Resources首席執行官Chris Lewicki
而前多倫多大學空間飛行實驗室項目經理格蘭特·博寧則成立了小行星挖礦公司Deep Space Industries。
此外，還有TransAstra Corporation、Aten Engineering以及 Asteroid Mining Corporation等一連串名聲沒前兩者大的“小行星數據收集與挖礦服務商”陸續成立。
大家的商業模式幾乎是統一的，而且看起來沒有邏輯錯誤。甚至有着“達則兼濟天下、拯救地球”的英雄主義色彩：
人類文明的下一步必然是向太空擴張。地球對於不斷增長的人口來說太小了，我們在有限的資源上掙扎。為了長期生存，我們需要成為一個多星球、太空飛行的物種，盡最大努力去開拓太空資源。
而遊走在地球周圍的小行星們，除了儲存大量的水，還有鉑金等貴重金屬。水被用來做火箭助推劑，而鉑金則最好能運回地球，畢竟這是一種製造氫燃料電池的關鍵催化劑。
而南非和墨西哥的兩大鉑金礦誕生的原因之一，就是恰恰享受過隕石“砸”下來的殊榮。
聽起來是一個極為相似的故事。
然而不幸的是，正是這個邏輯沒有大問題的商業模式，十幾年過去，不僅沒有一家企業找到合適的小行星並採到礦，甚至是連第一步——對小行星的勘察工作，都沒邁出去。
原因就在於，每一個執行細節，都是巨大的技術挑戰。
舉三個最可想象的例子。首先，便是時間問題。
NASA在2016年9月發射的探測器OSIRIS-REx，直到2020年10月才着陸到一個名叫101955 Bennu的近地小行星上成功採集了樣本，而返回時間為2023年。整個周期達8年的任務，斥資近10億美元。
第二，在太空中，提取水資源和礦物資源，意味着你需要在太空中建立龐大的基礎設施來提煉水和礦石（你不會以為直接把行星拖到地球上吧）。粗略計算，不如參考地面一座鋼廠的造價？成本可想而知。
有趣的是，從2010年日本準鳥號收集行星顆粒的相關記錄來看，其實探測器並與行星並沒有精準對接。後者在按照自己速度運轉的情況下，飛船僅僅是在附近翻滾過程中讓一些灰塵“漂”了進去。
第三，到底是誰來買單的問題。雖然包括美國、英國、日本以及歐盟部分國家都曾向一些行星資源創業公司捐贈數千萬美元的款項，但那時候，並沒有國家或機構真正願意付諸一個過於遙遠的行動。
畫家筆下的準鳥號
後來的商業故事，很多天文與航天愛好者再清楚不過：
有Google和維珍背書、名噪一時的Planetary Resources在2019年倒閉；
Deep Space Industries 則在2018年被賣給了航天器推進與控制系統開發商 Bradford Space；
Aten Engineering的Twitter則在2019年就幾乎停止運營…
這就像每一個新興產業的第一階段——早期嘗試的企業，在炒作達到頂峰后便會被撕開問題本質，大多數都會以失敗告終。
因此，“太空採礦連續劇”的第一集，就這樣落下帷幕。
先賺錢：遞推式太空商業策略
那麼在未來不可預期的巨大成本壓力和技術障礙前，中國這家目前看起來是唯一說出了“以太空採礦為終極目標”的創業公司，講的難道是不一樣的故事？
雲棲大會的展台前，在蘇萌博士一個小時對公司未來規劃的陳述里，我們發現，作為一家非常需要募集資金的創業公司，Origin構想的商業模式更像是一種“按條件分解目標”的策略——
小目標是大目標的條件，大目標是小目標的結果。那就先從小目標下手。
要實現太空採礦，首先要有可開採小行星的基礎設施；
而開採小行星之前，需要先有“抓捕”小行星的機器人；
而在設計和生產這樣的機器人之前，需要先對小行星進行勘探，對錶面物質做更多數據分析。
而後兩個實現採礦的必要條件，就被Origin拿來做了可商業化的階段性目標。也是我們在其展台上看到的兩個產品概念——“採礦機器人”（可執行垃圾清理任務）與空間望遠鏡。
採礦機器人的備註中有一條：具備太空垃圾清理能力。
沒錯，前者與近年來航空航天產業討論度越來越高的“太空垃圾清理”生意有密切關係；而後者，你可以關聯到衛星遙感數據的商業化市場。
截至目前，要做太空垃圾清理的公司並不少，而且基本用的也是同一套話術——
太空已經成為廢棄衛星和運載火箭的垃圾場。以至於2019年，NASA稱近地軌道為“世界上最大的垃圾場”，有近6000噸廢棄發射垃圾。
而他們也正在監控着多達2.7萬塊較大的碎片，運行速度比子彈快7倍，嚴重威脅着執行任務的飛船、衛星以及火箭，甚至是地球的安全。
2020年，歐洲航天局（ESA）首次把一筆高達8600萬歐元（6.8億人民幣）的訂單簽給了一家名叫ClearSpace瑞士創業公司。而這次要完成的任務，是航天史上前所未有的：
2025年，將一個機器人送入近地軌道，最終“捕獲”一隻名為Vespa的100公斤火箭殘留碎片。這塊碎片是小型運載火箭織女星（2013年發射）在太空遺留下的二級有效載荷適配器。
如果成功，這將是人類歷史上第一次對“完全不配合的空間物體”進行捕獲。
ClearSpace-1將使用一個實驗性的四臂機器人來捕獲2013年織女星發射器留下的二級有效載荷適配器，此圖為模擬演示
不過，也正是這筆政府交給創業公司的訂單，讓“太空垃圾清理”這個周邊服務，終於從多年來的紙上談兵，變成了將要實踐的現實。
沒錯，“太空垃圾清理”也是一個講了近10年的故事。
2012年，美國空軍就曾提出過“激光掃帚”的垃圾清除概念，利用激光蒸發物體表面一個點，便會產生一股勢不可擋的氣流，像引擎一樣將它推向大氣層“自焚”。
而對“制霸太空”格外重視的日本，早在2013年就出現了像 Astroscale 這樣想通過清除太空廢墟賺錢的創業公司。
他們起初的設想很有趣——為了降低重量成本，通過一種粘合劑把垃圾粘在飛船上，再拖入大氣層燒毀。
Astroscale的東京辦公室，工作人員在測試衛星部件。圖片來自紐約時報
不過，Astroscale 終於在2021年8月取得了關鍵的階段性成功——今年3月發射的商業衛星ELSA-d在太空中完成了“捕獲碎片”的真實模擬演示：
這顆衛星分離為一個主航天器（捕手）和一個小航天器（碎片），而後者被釋放后，迅速被主航天器利用磁力機制再次“吸附”。
ELSA-d
當然，這僅僅是實驗的第一步，因為兩個航天器離得不夠遠，速度也相對一致。
不過，這已經算是太空垃圾清除市場從2021年開始蠢蠢欲動的最大動力源之一。
2021年9月13日，蘋果聯合創始人在Twitter上宣布，將成立一家確保空間安全的太空垃圾清理公司Privateer。不過截至目前，除了作為億萬富翁都喜歡說的那套關於宇宙探索夢想的陳詞濫調，這家公司還沒有太多可公開的信息。
“其實目前來看，全球就三家公司真正擁有這類能力。一個是我們，一個日本的Astroscale，還有一個是拿到歐空局訂單的瑞士公司ClearSpace。但ClearSpace截止目前還沒有驗證他們的上天能力。”
蘇萌博士這句話的前提，是他們在2021年4月發射升空的NEO-1太空採礦機器人（剛才圖片），以及2019年~2021年發射升空的三顆不同波段探測衛星和一枚空間望遠鏡。
“馬斯克還說要打4萬多顆到近地軌道，亞馬遜今年也說要發射3000多顆，中國目前也有了近2萬顆的衛星發射計劃。未來會有多少廢墟和殘骸，到時候會產生什麼問題，是現在所有人都無法想象的。”
因此，這項為國家航空航天重要任務清理跑道的生意，得到了國家的大力支持。今年6月他們成功發射的空間望遠鏡仰望一號，被優先搭載在長征二號丁運載火箭上。
雖然這毋庸置疑是一個大趨勢。但像Astroscale這類成立超過8年的企業，高昂的研發成本與發射成本，讓他們一邊不得不靠政府款項捐贈和實驗訂單度日，一邊不斷尋找看好市場前景的商業資本。
事實上，清除太空垃圾的生意僅僅處於一個啟動期。
而類似於像歐空局給出的訂單，也僅僅是第一次嘗試。這個任務周期較長，還難以維繫一家航空航天創業公司的長期生存。
所以，在實現這個“中期商業目標”之前，需要退到第一步，找一種更為成熟的商業變現形式——衛星遙感數據交易（上面剛說過）：
對行星表面與地質勘探，需要多維度的觀測數據。而這些數據，可以賣錢。
空間望遠鏡的力量
“衛星圖像數據交易與分析”是一個不可小覷的市場。
早在今年5月，以色列與巴勒斯坦之間的第N波暴力衝突結束后，加沙地帶的重建工作就曾因為Google這類免費工具提供的衛星圖像不清晰而陷入了麻煩。
人道組織的數據專家曾抱怨，由於很多免費圖像分辨率很低導致大量無效現場行動，他們不得不高價訂閱像 Planet Labs 這類商業衛星觀測公司提供的數據。
Google通過各種渠道搜集的當地免費衛星圖片
市場分析機構ResearchAndMarkets年初就指出，衛星遙感服務市場預計到2024年將達到70億美元。特別是在採礦、減災規劃與恢復、天氣預報以及環境保護等領域非常受歡迎。
而美國既是這一服務的最大市場，也是世界上發射遙感與探測衛星最多的國家。不過相對來看，亞太地區則是這一服務增長最快的市場，複合年增長率高達20.4% 。
“在國外，商業衛星數據服務其實已經非常成熟，包括政府和商業機構，都會向衛星運營商購買圖像和其他相關數據。”
蘇萌博士向虎嗅透露，包括此前發射的三顆探測與遙感衛星，以及在今年發射的空間望遠鏡，一部分的考量是為太空開採與垃圾清理做地理信息儲備；另一個原因，便是讓公司能夠快速進入商業化階段。
“發射更多探測衛星，製造更好的望遠鏡，才能更好地了解宇宙。但只靠政府投入，很多像空間望遠鏡的大型設備成本之高難以想象。” 他指出，很多國家級空間天文設備除了數億美元投入，周期也都超過10年以上。
“如果這個行業里沒有沒有市場化，沒有商業化，就可能是70年代的美國實驗室里，行業永遠沒有辦法發展。所以，這個行業一定要能賺錢。”
而他們掌握的空間望遠鏡設計與發射優勢，也許可以先在這個市場找到落腳點。
仰望一號空間望遠鏡模型，
2010年，哈佛-史密森天體物理中心的三位科學家發現了一個從銀河系中心向外輻射的巨大雙球結構——“費米氣泡”，它在銀河系的圓盤上延伸了5萬光年，由氣體、塵埃和宇宙射線組成，盤旋在銀河系黑洞的兩邊。
這是一個了不起的發現，被天文學會雜誌評為當年十大天文學進展之首。
因為它們暗示了一個發生在數百萬年前的重大事件，很可能是我們銀河系中心的黑洞吞噬了大量氣體和塵埃——這些氣體和塵埃的質量可能是太陽的幾百倍甚至幾千倍。但這些氣泡究竟是如何形成的，仍是一個謎。
費米氣泡
而很少人知道，蘇萌博士恰是這三位科學家之一，正是他，開發出了第一張顯示費米氣泡確切形狀的地圖，並因此獲得了天文學最高獎之一的布魯諾。
因此，作為一位高能天體物理學家，他在空間望遠鏡觀測領域有極高的權威，參與了中國幾乎所有空間望遠鏡的研發項目。
譬如，2015年12月成功發射的中國第一個空間望遠鏡——暗物質粒子探測衛星“悟空號”，研發團隊名單上便有蘇萌博士的名字，他從2011年就工作在這個項目上，甚至脫口而出“準確的發射時間應該為早晨8點12份07秒”。
“中國需要有自己的‘哈勃望遠鏡’，空間望遠鏡對於太空探索有非常重要的意義。” 但同時，包括大名鼎鼎的哈勃望遠鏡在內，也一直因為論文等學術及實際應用產出不足，而被詬病投資回報不高。因此，相關項目通常並不會被國家優先考慮。
譬如，連美國最先進的詹姆斯韋伯太空望遠鏡項目，最新預估的總耗資上漲到96.6億美元，而發射時間也從2007年推遲到現在還沒有上天。
不過，我們從一份按電磁波譜頻段分類（即自高頻至低頻分為伽瑪射線區、X射線區、紫外線區、可見光區、紅外線區、微波區和無線電區，有些望遠鏡工作在上述中的多個頻段）的全球望遠鏡發射列表裡發現，大多數空間望遠鏡由歐美以及日本發射，中國僅有兩枚在列。
而據蘇博士解釋，迄今為止中國發射的天文望遠鏡都處於高能波段，也就是伽馬射線與X射線頻段。
第二個便是悟空號
而在2021年，蘇萌博士與喻天弘博士創立的Origin Space，在國家支持下，發射了“仰望一號”空間望遠鏡，也是中國第一個在紫外光線與可見光譜頻段內的空間望遠鏡。
對於生活在地球的普通人來說，紫外線是個糟糕的東西。但在天文學家眼中，它則是寶藏般的存在，因為它可以通過探測能量源，清晰反饋出星體狀態和天體物理的變化過程——
哪裡的分子云質量最大，溫度最高，能力最強？在沒有大氣層阻擋的外太空，這就是紫外線的意義。
“儘管我們的望遠鏡是單幅，但視場非常大，因此可以拍攝到大麥哲倫星雲。” 蘇博士說，這是一張用“仰望一號”拍攝的典型深空畫面，通常只有南半球才可以觀測到。
“如果展開，它便有十幾個月亮那麼龐大，十分壯觀。不過你可能只有在南極才能用肉眼看到。”
麥哲倫星雲觀測圖
因此，天文學家們可以通過仰望一號進行這種天文學的巡天觀測，包括對各種天體狀態及小行星的繞地行動軌跡做進一步觀察和數據分析。
而“仰望一號”也被國際天文學聯合會承認了學術研究的存在價值——被正式授予了天文台編號。也就是說，它所產生的數據在得到相關校驗后，會得到學界的分享與認可。
而另一個對中國來說非常重要的意義是，它的確是第一個非美國NASA發射的，被國際天文學聯合會認可的小天體觀測天文台。
獲得了單獨編號
不過，毋庸置疑，在觀測精度和數據應用層面，它與國際最先進水平仍有不小差距。
“得到編號僅僅說明你的數據達到了可以用的水平，畢竟你從成本和人力角度，都沒有人家好。” 但蘇博士認為，只要特定時間內別人沒看到，我們看到時，這個數據就有價值。
“不是說哈勃看過，其他望遠鏡就不用看了。”
作為一家民營企業，除了低成本做出這個東西，還必然需要用它來賺錢。而這個領域目前最容易變現的，便是這一章節開頭所說的——衛星遙感數據訂閱服務。
那麼問題來了，空間望遠鏡的地面拍攝與普通商業遙感衛星之間的差異和優勢到底是什麼？
以手機為例，我們大部分人手機在夜間拍照呈像模糊且顆粒度高，一部分原因是我們的手機主要是按照白天拍照來設計的，但本身就是為觀測廣袤宇宙深處而設計的空間望遠鏡，則是為夜間拍攝而生。
“普通遙感衛星目的是把物體拍清楚，肯定要在光照最好的時候拍照。而夜晚沒有太陽光照射，地面發出的所有光都是人造照明。所以這種人類活動光的分佈，就可以看出區域性的經濟活動變化。”
在通過仰望一號夜光遙感拍攝的場景里，北京市（下圖）的整體輪廓和經濟活動分佈清晰可見。
他指出，對於包括美國和中國的絕大部分空間望遠鏡來說，主要任務是做研究，通常不會拍攝地面，特別是人類活動。
“但我們是商業公司，就需要去找一種平衡和結合點，讓一台耗資巨大的設備同時發揮它的研究價值與經濟價值。”
香港理工大學朱孝林教授團隊是仰望一號的首個數據用戶。
他在使用了多個空間望遠鏡與遙感衛星的公開數據集后，在論文中給出了一個相對中肯的評價：“仰望這種夜光遙感數據綜合水平是公開數據里最好的。”
圖片來自朱孝林教授團隊的論文。這是來自三個衛星的粵港澳大灣區數據，b為美國衛星，c為中國珞珈一號，d為仰望一號。不過珞珈一號目前已停止工作。
蘇博士認為，儘管可以購買美國商業公司或其他中國商業衛星數據，他們其實都能做到一米的分辨率，但視野相對較小；而仰望一號的分辨率在50米左右，但兼顧了分辨率和視場的指標。
“在等待中國國家大項目‘CSST’光學望遠鏡（2009年計劃立項）上天的那一天前，應該通過商業化低成本的方式來做一些事情。儘管比哈勃差很多，但小設備做可以做大視場觀測。
總之，Better than nothing。”
寫在最後
那麼，讓我們再次回到Origin最初設立的終極目標上：僅憑仰望一號空間望遠鏡，是否可以清楚地知曉小行星的表面地質成分，進而找到有豐富水資源和稀有礦物質的那一顆？
當然不能。
僅靠光學波段（一般光學波段除可見光外，還包括波長小於紫光波的紫外線和波長大於紅光波的紅外線，波長範圍大致從 1nm 到 1mm），只能確定這是一個小行星以及它在朝哪兒移動。而要探知行星上的地質條件，需要紫外、紅外等多波段光譜的聯手合作。
”你可以想象金屬或沙石，它們反射太陽光的效率是不一樣的，有的是漫反射，有的是鏡面反射，只有通過這些信息才能反推它的物理狀態與成分。因此，要等我們下一個紅外波段望遠鏡上線。”
仍然是時間的問題。
但中國對浩瀚宇宙的基礎研究與創新性探索，在這幾年國家戰略的推動下，有了加速的跡象。
“我在學界時也曾溝通和呼籲，而後來創業也認識到民間資本的力量。” 蘇博士很理解，每個國家處於的不同發展階段，會決定到底投入多少來做這樣一件事情。而他決定走出學界，創立Origin Space后，在2019年獲得了經緯領投的5000萬人民幣天使輪融資。
“我們最終目標是採礦，而發射的空間望遠鏡和現在商業化路徑，講出來好像也不是很exciting，但對我們自己來說，是一個里程碑事件。”
“太空挖礦”這件事，自始至終就絕對不能僅靠某一方的力量。
就像太空採礦絕不僅僅是需要幾種技術、幾家公司以及十幾個演示視頻一樣，這個從概念提出迄今已過去將近40年的領域，除了受到資本與技術的制約，也會受到國與國之間的利益邊界以及國際法與太空協議的牽制。
就拿清理太空垃圾這件事來說，根據1967年的一項條約，太空中的人造物體屬於發射它們的國家，未經批准不得觸碰。
“太空採礦的確非常遙遠。但我們在做的一件事情其實是在打開另外一個認知的大門。” 蘇博士把這件事比做大航海時代里，第一批船隊開闢新航路，跨越半個地球做遠洋探索。
“哥倫布500年前帶回的第一個東方瓷器，肯定不夠回本，更賺不到錢，但這就是一個新時代的開端。”