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【热点】为何中国的卫星商业化进程如此艰难?

为何中国的卫星商业化进程如此艰难?

  一.国内外小卫星发展现状

  1.1小卫星技术高度发展

  小卫星具有功能密度高、灵活性强、研制周期短、开发成本低等优势,已成为当前全球空间技术领域的三大研究热点与发展前沿之一,尤其是以编队或星座方式协同飞行的小卫星星座更是受到全球宇航界的青睐。

  --《国内现代小卫星研制的发展历程》

  基于集成公用模块技术和微电子机电集成系统的发展,小卫星技术在过去的二十年中取得了一系列进步。

  在有效载荷、结构、热控制、姿轨控、电源、数管、通信、测控和推进等关键细分技术领域取得巨大进展。石墨复合材料结构,先进星敏感器,磁悬浮反作用轮,砷化镓太阳能电池,先进星上计算机等技术取得了突破。其中国内磁悬浮反作用飞轮的研制首先在我航完成。在小卫星有效载荷研究取得突破性进展。“十一·五”期间,北京空间机电研究所、中科院长春光机所、西安光机所等国内科研单位在星载三反光学系统研制技术上纷纷取得突破,将我国遥感小卫星的对地观测分辨率由5 米迅速提升至亚米级。类似的例子在国内外还有很多。

  以整星载荷比为标准来衡量,现代小卫星的有效载荷从90年代初的仅占全星20%发展到可占全星70%左右。“天拓一号”是全球首颗实现将电源控制、星务管理、姿态确定与控制和测控数传等核心功能部件全部集成在单块电路板上的单板纳星。

  从全星质量上看,卫星进一步小型化,轻量化。从数百公斤级的小卫星,发展到数公斤级的立方星,再到将星上元器件集成到一块电路板上的芯片卫星,小卫星已迈入高度集成的新时代。

  小卫星星座和编队飞行技术迈入实用化阶段,星间链路/组网通信技术、数据传输技术也取得相当发展。

  小卫星发射技术也取得了新进步。从早期的由大卫星搭载发射,发展到可由专门的小型化运载火箭多星发射或是由空间站机构释放发射,小卫星入轨的到了更好保障。

  这一切表明,利用微小卫星完成大卫星的相当部分工作,开启小卫星的全面市场化阶段,时机已经成熟了。

  1.2小卫星应用全面开花

  在卫星应用的主要领域(导航,遥感,通信)等方面,微小卫星均崭露头角,同时,在一些航天应用新领域,小卫星也有不俗表现。

  在卫星导航方面,小卫星可以提供信号辅助增强功能,降低系统成本,提高系统可靠性,覆盖范围和定位精度。欧洲伽利略导航系统的首星GIOVE-A即为萨瑞公司开发的600kg级小卫星。我国北斗导航系统的MEO轨道卫星也是同量级的小卫星,由中科院上海微小卫星工程中心抓总研制,已于今年三月完成发射,显示了小卫星导航的前景。

  商业小卫星遥感星座成为遥感卫星发展和商业资本进入航天的聚焦点,通过加强组网,缩短重访周期,可以完成对全球任意目标的近实时观察,或是根据任一用户的要求灵活部署。这是传统大型遥感卫星难以做到的。美国Skybox公司的Skysat系列卫星和Plannets Lab公司的“鸽群”遥感卫星星座代表了此类系统的两种方向。Skybox采用与老牌航天企业合作的形式,发射质量较大(91kg),价格较高,能实现高分辨率(亚米级)观测甚至录制视频的卫星,而Plannets Lab自行研制立方星(3kg级),虽然分辨率低,但能靠数量达到更短的重访周期。鸽群卫星已发射70余颗,构成了人类历史上最庞大的遥感星座。

  在卫星通信方面,小卫星星座是实现低轨道组网(以降低通信时延)的唯一方式。ka波段低轨宽带小卫星星座逐渐升温.以O3b公司的Oneweb星座为例,预计将648颗卫星送入太空。这项计划于2014年末带动了低轨通信星座的热潮,Google,高通,Spacex均加入这场竞争,即使短期不能发射卫星,他们也力抢轨道,力争频段。除了炙手可热的宽带卫星,移动通信小卫星,军用通信小卫星也大有发展。

  此外,小卫星还有其他领域的应用,今年七月,美国行星资源公司的小型空间望远镜进入轨道,这是一颗3U立方星,能完成对近地小行星的观测并初步确定其矿产分布,为以后的小行星资源开发作准备。

  1.3小卫星企业蓬勃发展

  小卫星企业的发展有其本身特殊的情况:

  对于百公斤及以上的小卫星研制,往往需要较长时间的技术积累。新兴企业往往采取和老牌企业,科研院所合作的形式。以Skybox公司为例,它采取和劳拉空间系统公司合作研制的方式,由劳拉生产高分辨率的卫星。劳拉也因此建立了自己的小卫星产品线,可以向其他企业提供定制卫星服务。在波音等公司的情况大致相似。

  对于数公斤级的卫星,尤其是按照CubeSat标准研制的立方星,由于拥有大量架上现货,新兴企业甚至个人都可以自己进行开发,这也是国内外小卫星企业层出不穷的原因。以“手机卫星”为例,一颗NASA研制,其实是由三星Galaxy手机改装的小卫星,可以完成气象观测,对地通信等任务,总价不到 5000美元。

  对于小卫星的发射业务,也出现了专门发射小卫星的小型运载火箭和专门发射企业。原因如下:如果依靠大卫星搭载发射,小卫星难以进入理想的轨道;新兴企业要研制运载火箭,往往从小型运载火箭做起。Spacex的卫星发射就是从猎鹰一号小型火箭起步。现在,诸如火箭实验室公司,维珍银河公司都涉足小卫星发射业务,后者还采用空射运载火箭。

  在国内,,皮星/纳星(1~10kg)研制领域完全是高校和科研院所的天下,该领域当前的发展呈现百花齐放的局面,;微小卫星(≤100kg)研制领域的参与者主要有中国卫星的子公司深圳航天东方红海特、上海微小卫星工程中心、上海航天技术研究院;行业的主战场——小卫星研制领域由中国卫星下属的航天东方红卫星和上海微小卫星工程中心两强角逐。在小卫星发射领域,航天科技集团的长征6号火箭已经投入使用,而航天科工集团的快舟11号运载火箭还在研发之中。

  限于篇幅,不能将小卫星发展的方方面面尽述。航天工业尤其是小卫星领域日新月异,不是一次作业所能摸清的。

  二.商业资本进入小卫星研制发射领域的主要问题

  鼓励民间资本参与国家民用空间基础设施建设。完善民用遥感卫星数据政策,加强政府采购服务,鼓励民间资本研制、发射和运营商业遥感卫星,提供市场化、专业化服务。引导民间资本参与卫星导航地面应用系统建设。

  2.1盲目切入小卫星研制领域面临技术困难

  1.我国本身的航天工业基础不够成熟

  我国的小卫星功能密度比相对较低,系统集成技术和能力存在一定差距。微电子、微机电(MEMS)技术还处于萌芽状态,基于MEMS 技术的微型元器件的研发、空间领域应用水平落后,星载单机、分系统和有效载荷的小型化、轻量化、低功耗方面差距明显。卫星(星座)在轨自主运行管理水平相对落后,产品性价比不具明显优势。我国高性能小卫星的相当一部分关键零部件不能自主生产,要向欧洲国家进口,制约了我国的自主定价能力。

  2.新兴企业技术储备不足

  即使是百公斤级别的小卫星,研制也需要相当级别的技术基础,不是小型企业一朝一夕能够完成。在国内,有能力研制高性能小卫星的主要是航天科技集团系统和中科院系统,研制百公斤级别的卫星往往需要上述企业的技术支持。

  3.另辟蹊径,巧走新路

  简而言之,国内的小卫星商业企业要么走立方星(数公斤级)研制道路,在如此小的卫星载荷下,努力创新运营模式,走出新路;要么与国内科研院所合作研制较大的卫星,但是国内科研院所不会进行技术转让,合作的对象相当有限;当然也可以与外国卫星公司合作。三种方式在国内均有先例。吉林一号商业遥感组星即是民营企业与科研院所合作的典范,通过与中科院长春光机所的合作,民营资本获得了与航天科技集团同台竞技的机会,吉林一号的发射在系统内引起极大震动,倒逼科技集团及其他企业快速出台自己的商业遥感小卫星星座计划。斯派尔公司的立方星通过接受导航卫星信号的大气反射信号,测量大气参数,提供定制化卫星气象服务,充分展现了民营企业的巨大创造力。我国的北京一号,北京二号商业遥感卫星即使由外国公司研制,由印度负责发射的国际合作项目,现已取得良好的市场效益。

  2.2发射成本高,发射市场遭遇垄断

  除了军用型号,较多时候微小卫星/小卫星是作为piggyback进行搭载发射。考虑须适应主星的发射条件、对载具的技术状态影响降到最小等限定因素,可供选择的搭载机会并不多。小卫星当前单位有效载荷的发射费用约在2~4 万美元/kg,皮星/纳星(1~10kg)的发射费用不超过100 万美元。相比较为低廉的造价,数百乃至上千万的发射费用成为项目开发不小的负担,其进一步降低将有力地推动微小/小卫星应用的普及。

  更为重要的是,在我国,航天科技集团即是卫星的主要研制者(下属中国卫星),也是卫星的主要发射者。与航天科技集团竞争不大的立方星发射可能容易审批发射,但与其现有产品构成直接竞争的卫星,尤其是没有总装备部等军事部门支持发射的民用商业卫星,能否及时地以合理价格发射就有待商榷了。航天科工集团看到了这一情况,及时对现有产品进行改装,研发快舟十一号固体运载火箭,总质量78吨,SSO轨道载荷达500kg,但能否顺利完成研制有待考察。如果上述两条道路都走不通,国内小卫星生产商可能要转向国外卫星发射服务提供商。

  2.3下游应用市场有待进一步开拓

  技术进步推动的性能提升、功能完善令小卫星应用的触角几乎已经延伸到了所有传统大中型卫星所涵盖的领域,但当前仍更偏重于技术演示验证、空间探测、空间科学研究等方面。全球范围内,小卫星在应用市场总体规模、发展的商业化/产业化程度上尚无法与卫星应用市场整体相提并论。国内在卫星应用市场的产业化程度、成熟度远逊于国外水平的情况下,小卫星应用的发展状况更是如此,当前有限的应用主要集中于政府部门。作为国内最早实用化和当前最主要的细分应用领域,微小/小卫星遥感在军事领域已得到规模化应用。而由于国内还没有真正意义上的自主商用遥感卫星,以“北京一号”、“环境一号A/B 星”、“天绘一号01/02 星”、“遥感卫星二号”等小卫星为数据源的民用遥感数据市场的产业化、商业化应用尚处于起步阶段,国产遥感卫星数据供应商仅有北京宇视蓝图、广东精一规划信息科技等寥寥几家。民用和商业卫星遥感影像市场上,国产卫星数据在中低分辨率遥感影像产品上具有较高的性价比,因此能够在该细分市场占据主要份额。而北京同天视地、北京视宝、国遥新天地等公司代理的IKONOS、COSMO-SkyMed、Pleiades 1A、Spot 6、EROS-B、OrbView-3等国外商业卫星数据在高分辨率卫星遥感数据市场上拥有绝对垄断地位。在通信、导航领域的应用当前仅限于军用低轨存储转发通信,民用领域的应用尚未开展。

  数据应用能力注定成为决定小卫星企业存亡的最关键因素。以遥感小卫星星座用于农业方面为例。一开始只能通过卫星图片“看”,即农作物估产,土壤情况测定。到后来智能分析长势,制定农作物培养方案,再到后来配合GPS导航系统,实现了收割机,浇灌车的精确自动化驾驶,自动化种植,养殖。这是一个从卫星观察,卫星分析到卫星控制的过程。

  三.商业资本进入小卫星研制发射市场的历史意义

  1.给我国赶超西方国家提供一个新的思路

  2014年,美国的世界观察-3卫星发射,再度刷新世界商业遥感卫星分辨率下限,达到了0.31米,而我国的高分专项卫星虽然实现了技术大范围进步,进步速度比大部分西方国家如德法英快,但并不比美国快。面对巨大的技术差距和西方国家早已转入商业航天的现实,何不发挥我国小企业的巨大灵活性,在卫星应用方式上大举创新。我国的大飞机工业距离西方先进水平还有数十年的距离,但以大疆为代表的小型无人机公司通过自主创新,统治了全球大部分无人机市场,可谓借鉴。

  2.对民营企业进入航天起示范作用,推动相应体制机制规范化

  3.扩大航天应用,拉动航天发射市场

  众所周知,航天工业的可持续发展要靠持续的发射载荷需求。小卫星应用范围的扩大,有助于拉动卫星发射市场,推动其进一步的体制与技术变革。

  小卫星技术是航天工业焦点,但其从来不是航天工业核心。当前,研制低成本,大载荷的可重复使用天地往返工具是实现航天工业大发展的唯一条件,希望小卫星市场能对其有所裨益。(来源|北斗时空)

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