3D打印奇迹：凯斯勒综合症

我们一直在分析3D打印市场，关注需要改变的方面，以寻求更多应用、更具成本效益，并增加产量。然而，考虑一种反向思考的实验，假设我们探索增加增材制造（AM）市场规模十倍的方式，时间为两年内。这意味着从目前全行业总收入的147亿美元增长到2026年的1470亿美元。

虽然这可能看起来雄心勃勃，但疫情期间的快速变化表明，在特殊情况下事物可以迅速转变。例如，Peloton的市值飙升至440亿美元，卫生纸和蹦床出现短缺，数百万人开始自家烘焙。3D打印行业本身在这段时间内也受到了显著推动。我们能否找到一些特殊情景，再次显著增强我们的全球影响力和行业规模？

凯斯勒综合症

凯斯勒综合症是指一种自我强化循环的概念，当卫星碎片达到一定阈值后就会出现这种情况。当一个卫星撞击另一个卫星时，会释放出一系列轨道上的空间碎片。这些碎片反过来又会与更多卫星发生碰撞，导致更多碎片的释放。一篇开创性的1978年论文强调了随着轨道上卫星数量的增加，卫星碰撞的概率会升级。正如Space.com所说：

“欧洲航天局估计，地球轨道上至少有36500个直径超过4英寸（10厘米）的碎片物体，100万个直径在0.4英寸至4英寸（1至10厘米）之间，以及惊人的3.3亿个直径小于0.4英寸（1厘米）但大于0.04英寸（1毫米）的碎片。这些物体不仅构成假设性威胁。例如，根据NASA官员的说法，从1999年到2021年5月，国际空间站进行了29次避让碎片的机动，仅2020年就进行了3次。而且这个数字还在不断增加。”

在一个事件中，“中国有意摧毁了其废弃的气象卫星，进行了一次备受批评的反卫星技术测试，产生了3000多个被跟踪的碎片物体，可能还有32000个太小而无法被探测到的碎片物体。”

凯斯勒综合症有可能在我们不知情的情况下超过某种不可逆转的点，可能导致大规模卫星灭绝级联，终结大量卫星。目前，轨道上有超过9494颗卫星，这个数字远高于以往的水平，并且正在迅速增加。政府问责办公室预测到2030年将有超过58000次发射。这种情景的有趣之处在于关于不可逆转点的不确定性。然而，预计它最终会发生，因为可用轨道数量有限，而理想轨道的数量更加稀缺。虽然可能不会在2030年之前发生，但如果我们达到10万颗卫星，情况可能在2050年变得紧急。在这个话题的开创性论文发表时，每年发射到太空的物体不到200个。这个数字后来急剧上升：2012年增加了134颗卫星，2017年增加了456颗，2020年增加了1274颗，2023年增加了2664颗。目前，仅“星链”卫星就有5504颗。

有意的凯斯勒综合症

如果不是这种情况，也许有人会有意这样做。美国在轨道上拥有世界上最好和最多的间谍卫星。中国大约有美国的一半，俄罗斯少于这个数量，而其他国家每个国家最多只有少数卫星。如果你即将受到美国的攻击，并且知道它的合成孔径卫星可以随时监视你，它的军事卫星通信系统即将协调对你的大规模攻击，那该怎么办？GPS不仅在那里确保你的披萨准时送达，还将引导炸弹和其他军火到你的位置。

你在为生存而战，那么你会怎么做？你会发射一个能够使其他卫星失效的卫星。使近地轨道（LEO）变得混乱将使任何东西都难以越过这个区域进入更远的空间，形成一种太空垃圾的死亡带。许多间谍卫星也位于LEO。LEO区域的面积达到105万平方公里，高度达580公里，因此这并非小事。但是，假设中国的经验是有代表性的，摧毁2000颗卫星——大约占每年发射总数的一半——将在轨道上产生超过3000万，可能总共达到6000万个太空垃圾物体，都会对摧毁更多卫星构成风险。

美国将失去GPS能力、目标精度和一般天气和信号情报。整个美国战争体系都是基于信息意识和可用性的，没有卫星，至少暂时会受到破坏。它将不得不进行卫星竞赛以恢复优势，而其他国家可能会卷入自己的军备竞赛，看到了对美国获得优势的机会。

与此同时，需要发射新的卫星，这些卫星要么更大、更好，要么配备有防御太空垃圾的装置。或者，可以开发清理卫星（或者可能是轨道墙）的计划，清理垃圾，以便进行安全发射。卫星需要更多的推进系统或电池，和/或太阳能阵列以绕过物体、中和它们或抵御冲击。这样，你可能会避免美国的攻击，至少暂时，因为，天哪，他们肯定会因失去Netflix的访问权而感到沮丧。

为什么和如何3D打印会从中受益呢？

对于这种策略的一个限制可能是，如果通过干扰陆基和潜艇发射的洲际弹道导弹干扰了美国的核打击能力，那么美国实际上可能会被迫使用核武器，如果你也拥有核能力。然而，假设你没有核武器，或者你对美国的核政策有足够的了解以冒这个风险，那么这种策略可能会奏效。那么，为什么大规模卫星灭绝会使3D打印受益呢？首先，任何发射车辆的计划都将被加快，任何发射公司都将看到其订单簿填满数十年，因为商业公司和政府都在努力部署新卫星。

我们需要多少台打印机？

为了加速发射车辆的生产，需要新的发射器和发动机，几乎所有发射系统的推进系统现在都是使用增材制造技术制造的。如果我们假设每年大约有200次发射，以满足所有补给任务和当前的卫星发射计划，并且每次发射涉及2000颗卫星，让我们考虑一下，通过在推进系统中公平利用3D打印技术，实现良好产出，一家公司需要三台四激光系统，建造体积为500 x 280 x 365毫米（例如SLM 500，M400），和三台大型粉床熔合系统（多激光，例如定制的AMCM）一年来制造五次发射的零部件。这种需求预计将保持大致恒定。

虽然这些估计非常粗略，但我们可以预期增材组件的数量会随着生产率的逐渐提高而增加，特别是随着世界对多激光系统变得更加习惯。与此同时，火箭和有效载荷，以及增材组件的大小，可能会增长。随后，我们的生产率可能会提高，因为我们最大程度地利用增材组件在火箭上，并通过对旧机器进行软件优化和引入更快的新机器来提高产量。

假设

在危机模式下，为了增加额外的产能，我们将根据每台机器130万美元的定价购买三台机器和每台300万美元的三台机器，乘以40，一年内将产生大约5.16亿美元的收入。这个数字可能是我们目前收入的一半。当然，选择更昂贵的机器或需要更多机器将会极大地改变计算。这个估计不包括附属设备，我们知道这些是必要的。此外，预计一些发射可能会失败，可能会出现产能过剩。这可能不太绅士，但我们很可能也会提高价格。人们在危机期间会想要订购额外的机器来获得市场份额，其他公司也会寻求在星座方面实现平衡，为此额外支付费用。想象一下，这些效应将带来额外2亿美元的收入，考虑到情况，这是一个适度的增长。

我们还预计，随着整个行业的利用率普遍提高，粉末销售的额外收入也会增加。这可能会导致额外2.5亿美元的粉末收入，具体取决于每个人的使用情况。我们也预计服务方面的订单将增加，因为他们在这些盈利时期投资新机器，这可能会带来1.3亿美元的增长，约占传统硬件市场的10%。

当然，随着需要新武器和额外卫星的出现，可能会出现卫星军备竞赛，这些卫星可以清理或神奇地消除所有的碎片。想象一下，这将带来额外8千万美元的业务。总的来说，我们预计在第一年将会有12亿美元左右的增长。在第二年，我们可以预期正常增长加速，这种特殊情况可能会在第二年带来额外的16亿美元。

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