Tess Hatch希望前往太空,同时她也是Bessemer Venture Partners公司的风险投资人,主要投资前沿经济。我们在空中有飞机和无人机,在太空中有卫星,那在天地之间的平流层中又有什么呢?平流层中有一些平台,例如:飞艇、高空气球和在高空中能长时驻留(HALE)的固定翼平台。它们可以在技术和商业上,以可行的方式完成无人机或者卫星所能实现的功能。商用无人机的飞行高度往往在400英尺以下,商用飞机的飞行高度为9-12km(30000-39000英尺)。卫星的运行区域有:低地球轨道(LEO,500-1200km)、中地球轨道(MEO,2000-36000km)和地球同步轨道(GEO,36000km)。但是,商用飞机的飞行高度和LEO之间的广阔空间又如何呢?目前,被称为“平流层”的区域,基本没人居住,也没有得到充分的利用。我们可以想象,如果某一个平台想在地球上某个点驻留很长时间,目的是为了实现态势感知而持续关注感兴趣的区域,再或者维持一个区域的通信联系。我们可以举个例子,在自然灾害发生后,如果能有“眼睛”、“耳朵”和“声音”在空中监测并帮助受灾者。它带来的价值是无法衡量的,也可以帮助挽救生命。我们还可以设想,如果该平台可以在自然灾害到来前监测到它,从而可以帮助科研人员更好地收集相应的大小、位置和路径等数据。还有其他原因可以用来解释,为什么我们需要在空中获取对地面的实时监控。作为监控人员或者执法机构,通过这一平台实现对广阔的海域或边界进行监视,识别感兴趣的目标。与此同时,监控一些事件的发生,例如:风暴、火灾和环境灾难。另一个例子可能是全球的互联网连接。如果这些平台可以相互融合并且相互通信,相比于地面的光缆,它们将以更有效且高效的方式将世界联系起来。这些平台还可以监控我们的海洋,并保护弱势群体不受侵害。而且,此类平台在军事、情报以及政府事务方面的潜在应用,也是显而易见的。总之,这类平台的应用领域非常广泛,其潜在的市场也非常巨大。目前现有的机载平台是无人机和飞机,现有的天基平台是卫星。每个平台都有各种各样的好处,但是没有一个平台是专门针对上述任务。因此,凭借现有的平台,不一定能以最有效的方式完成这些任务劣势:续航时间较短,一般仅有三十分钟。除非采用Impossible Aerospace公司的US-1型无人机,其续航时间可达两小时。当飞行高度为400英尺时,其视场较小。并且,四旋翼无人机很容易被发现。  图像来源:Impossible Aerospace优势:飞行高度在30000英尺时,也能具有较大的视场。劣势:自带的燃料仅支撑几个小时的续航时间,其造价昂贵,也容易被发现。
优势:飞行高度在500-1200km时,具有大的视场。劣势:位于周期为90分钟轨道的卫星,在一个周期内仅有15分钟的时间可以持续观测地球上的特定目标。因此为实现对特定目标的不间断观测,也就是将全世界覆盖,需要在轨道上运行数百上千颗卫星。此外,卫星需要依托火箭的运载来脱离地球的引力,进入预定轨道,最终在真空且具有放射性的太空环境中运行数年。虽然比发射地球同步轨道的卫星要更容易且便宜,但仍然需要大量的努力和经费支持。 劣势:卫星体积较大,造价昂贵,研制周期长,无法实现短延迟或提供必要的低分辨率图像。 图像来源:NASA/Leif Heimbold/ Wikimedia Commons under a CC-BY-SA 2.0 license但是,上述几个平台可满足其他类别的任务需求。例如,无人机非常适合监控农作物、用于检查基础设施或者用于运输紧急医疗用品。在军事领域,General Atomics公司的MQ-1型无人机可以实现远程的目标打击。而对于卫星平台,Spire Global公司运行的LEO卫星星座可以提供海事、航空和气象的监控与预测。或者像Planet Labs遥感卫星群一样,提供大范围的地球影像。GEO卫星也可用于天气监测、通信和监控热点区域,但并不能聚焦于局部的地区。少数几家公司致力于寻找定点驻空平台的解决方案,其中包括:平流层中的气球、飞艇和HALE(高空长航时)平台。 Loon、WorldView和WindBorne等公司利用平流层中风层,使得气球平台可以在一个点附近驻留。这种气球平台上并没有推进装置,其结构由两个气球组成。一个为副气囊,装入空气。另一个为主气囊,装入氦气或者氢气,以提供升力,并用特殊的紫外线涂层材料进行密封。操作人员控制风机以增加或者减少副气囊中的空气,使得平台总重发生变化,进而使得气球平台的飞行高度发生变化。具体的高度变化,取决于外界的风速和风向,以及平台需要借助的风层。优势:我们无法在地面上通过肉眼或大多数的地面跟踪系统,来发现这些气球。它们的成本相对较低,发放较为容易,可以在一个区域内驻留几天甚至几个月。劣势:气球平台无法为自身提供推进力,它很难在风速较大时的平流层中飞行,因此也就很难实现精确地将气球驻留在特定的目标区域。当飞行任务结束后,气球的球体无法回收,但我们可以回收平台所搭载的载荷。 图像来源:MR1805/ Getty ImagesSceye和Altaeros等公司对正在使用的固特异飞艇进行了一些技术改进,使其可以在平流层飞行。他们的飞艇具有推进力,从而可以更好地控制飞行方向,飞行高度在平流层,可以覆盖更大的范围,采用太阳能电池供电,此外,囊体材料也提升了抗紫外线和臭氧侵蚀的能力。优势:飞艇平台的体积很大,可以携带相对较多的载荷,并完成对载荷的能量供给。我们可以根据需要,控制飞艇使其降落,维修携带的载荷,并重新发放。劣势:因为飞艇平台的体积较大,很容易被发现,也就增大了被击落的可能性。Zenith和Skydweller等公司正在研发高空长航时(HALE)固定翼平台。这种飞机具有很高的“展弦比”,也就意味着长但厚度很小的机翼。机翼上铺设有太阳能电池板,以提供能量。产生的能量既可以被飞机和有效载荷所使用,也可以储存在电池内。因此,如果白天可以储存足够多的能量供给晚上使用,理论上飞机可以无限期地飞行。劣势:在重量及其有限的前提下,大展弦比对于提高机体的结构强度是一个巨大的挑战。通过下面的对比表,可以对上述介绍的所有平台有更直观的认识。对于上述所有平台,在制造以及任务管理领域仍会有一定的挑战。我们希望能快速、可靠且低成本地制造这些平台,但这需要时间以及长期的资金支持。此外,一旦这些平台进入平流层,谁负责监控?是平台的研制单位还是有效载荷的科研团队呢?在平流层运行的平台也会面临另一个问题,谁负责监管平流层?很明显,这些平台未来也会遇到一些管理或者法律上的问题,它们都有待我们去解决。我相信这个市场,也包括平流层,会帮助这些平台成功地运行起来。它们将是无人机、卫星等现有平台的补充。针对某些特殊任务,它们会比无人机、飞机以及卫星更有效。
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