天地之间

引言：

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。

问题：

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。

现有的解决方案：

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

1、四旋翼无人机

优势：价格低廉，其飞行高度较低。

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

2、飞机

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。

3、LEO卫星星座

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。

图像来源：Spire Global

4、GEO轨道卫星

优势：单个卫星可以覆盖三分之一的地球。

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。

未来可能的解决方案：

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。

1、气球

图像来源：WorldView

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。

2、平流层飞艇

图像来源：MR1805/ Getty Images

Sceye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。

3、高空长时驻留（HALE）的固定翼平台

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。

优势：地面操作人员可以精准控制该平台。

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。

平台名称	造价	使用时长	技术等级	覆盖区域	分辨率	运行风险	载荷灵活性
四旋翼无人机	↓↓	2小时	9	↓↓	↑↑↑	↓	↑
飞机	↑↑	32小时	9	↑	↑	↑	↑
LEO卫星	↑	3-5年	9	↓	↓	↓	↓
GEO卫星	↑↑↑	10年	9	↑↑↑	↓↓	↓	↓
气球	↓	14-30天	8	↑	↑	↑	↑
飞艇	↓	1月-1年	6	↑	↑	↑	↑
HALE固定翼平台	↑	12-100天	6	↑	↑	↑	↑

表格中技术等级的具体含义见下图所示：

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。