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来源：航天新观察 1、空间应用的未来——低轨道小卫星星座 埃隆.马斯克已经证明了低成本进入空间是可以做到的。而真正利用空间的产品还是在于卫星，那么卫星的将来会怎么发展呢？ 格里格.维勒也许会是颠覆卫星产业格局的人。他不但启动了O3B这个人类历史上第一个中圆轨道通信星座，还在努力打造900颗卫星组成的OneWeb全球低轨道互联网星座。这个单星价格不超过50万美元的小卫星，总价不超过4.5亿美元的星座，用于提供全球互联网接入。该星座计划2018年开始发射，由空客防务与航天公司承制。 ▲OneWeb星座 同时，在需求牵引和技术驱动下，对地观测小卫星能力也不断提升，新型商业小卫星观测星座不断涌现，除了行星实验室公司等光学遥感初创小卫星公司外，又涌现出美国斯派尔公司、地理光学公司等商业气象小卫星公司，面向美国政府和大众市场提供商业气象数据及相关服务。 天空盒子公司计划在近地轨道部署“天空卫星”对地观测星座。2014年天空盒子公司与美国劳拉公司签订合同，制造13颗商业对地观测卫星，沿用单星质量100kg、轨道高度600km的天空卫星-1的设计方案，其构成的星座将具备对地面指定区域8h重访成像能力。 ▲天空星座 斯派尔公司规划部署“狐猴”星座，计划提供全新的气象预报服务，该公司宣布构建125颗3U立方体卫星组成的商业气象卫星星座，该星座采用GPS无线电掩星测量的方式获得气象数据。 ▲斯派尔公司“狐猴”星座卫星 2015年发射入轨的吉林一号光学A星，是我国首颗商业遥感卫星，按照规划，2030年将实现在轨运行138颗卫星，全球任意点10min以内重访能力。 针对GPS信号弱、易受干扰的问题，一个名为“GPS完好性增强系统”的依托近地轨道星座“铱星”系统完成GPS导航数据中继的方案被提出。“铱星”系统能够播发大功率的导航增强信号，可以大幅度提高GPS接收机捕获和跟踪微弱GPS信号的能力，缩短捕获和跟踪锁定GPS信号的时间，使得GPS接收机在干扰环境中具有更好的可用性。这是低轨小卫星星座对于导航系统的一种应用，低轨互联网星座部署后，由于具有双向链路，用户位置也可以被近似的计算出来，对于精度要求不高的用户，可以起到替代GPS的效果。 ▲GPS增强系统的信息链路 从上述发展动态可以看出，依托单星重量不超过500kg的小卫星构建的星座对于大型通信、遥感、导航卫星都有一定的替代能力，甚至在某些性能方面更卓越。虽然单星性能较低，但是星座群体规模产生的效益或有可能战胜功能全面、可靠性卓著的大型卫星，有望引领空间应用的未来发展。 2、小卫星星座热潮会成为第二个破产的“铱星”吗？ 低轨道小卫星星座建设的热潮，容易使人联想到上世纪90年代出现的星座浪潮，当时同样有一批通信企业提出了多个小卫星星座概念，其中包括著名的“铱星”系统。但经过运作，多数系统没有进入工程研制，只有铱星系统、全球星和轨道通信系统三个星座发射升空。三个星座的经营状况一度低迷，都经历了破产保护和重组，直至近年才开始部署下一代星座。那么，这一轮小卫星星座热潮会不会重蹈覆辙？ 相比上一轮星座热潮，本轮星座建设的最大特点就是成本的大幅度下降。上一轮星座的投资都在数十亿美元乃至上百亿美元级别（三十年前计价方式），而本轮星座的投资只有数亿美元（当前计价方式）。 投资价格降低主要原因在两个方面：单星造价成本低与火箭发射费用低。 2014年，萨里卫星公司创始人马丁在英国皇家航空航天协会会议上指出，商业现货元器件（COTS）已经和卫星专用器件一样可靠，失效概率很低，这是小卫星革命的基础。他说，按照摩尔定律，芯片的计算能力每18个月提高一倍，而且智能手机之类的数字产品日益进步，产量巨大。如今COTS器件的进步推动了卫星的突破性发展，一些商业公司可以像“生产香肠”一样生产实用卫星。 在这个前提下，小卫星可以做到足够便宜，就算组成星座，代价也不大；其次，小卫星可以量产化，像手机一样流水线生产，制造周期短。小卫星不需要大型卫星那么高的单星可靠性，多发几颗卫星做到系统冗余就可保证整体可靠性，补星的代价也不大，发射失败造成的损失也不高——这样还进一步降低了对运载火箭可靠性的要求，从而降低了入轨成本。在商用元器件性能与等级不断提升的当下，可以不断替换在轨卫星，保持卫星性能的优越。同时SPACEX公司的出现，大幅降低了人们对发射费用的预期，为星座的部署创造了良好条件。 小卫星可以有很多用途，它能以更低的价格补充、增强或者替换传统卫星的通信、导航、遥感等功能。通过发展小卫星，把服务质量和时间分辨率、空间分辨率提高到一定程度之后，“通、导、遥”市场将发生质变，前景非常广阔，就像计算机的普及推动了社会的发展一样，小卫星的普及将催生一个更大的市场，它对人类社会带来的影响也许会超乎人们的想象。一些问题也随之产生：如果小卫星星座可以实现大部分大型卫星的功能，那么将来的空间设施建设会变成什么样子？未来的太空军事冲突会是什么形态？坏了的小卫星是在轨维修划算，还是直接换个新的划算？退役小卫星如何离轨，可能产生的大批量太空垃圾如何清理？ 3、各方如何看待小卫星 OneWeb公司在2015年的华盛顿卫星通讯大会上高调披露其单星低于50万美元，总价不过几亿美元（甚至低于一颗大型科学卫星的成本）的小卫星星座采购合同，吸引了空客防务与航天、洛马、德国OHB、劳拉、泰雷兹-阿莱尼亚五大卫星制造商对其进行争夺。根据维勒的说法，这些标书做的极好，超过了他的预期，制造巨头们放低身段，并没有什么顾虑。 行业各方对小卫星星座的态度表现各异： 新兴互联网公司积极推动。低轨星座支持者称，这类系统的特有优势是低时延，而且用户使用简单，只要通过类似家庭卫星电视接收天线就可以在一定范围内实现卫星的WIFI连接，为双向通信用户提供快速高效的解决方案，市场已经推出针对不同用户群体的低成本终端产品，对市场进行预热。 传统卫星运营商继续观望。国际通信卫星公司、欧洲卫星公司、卫讯公司和O3B网络公司对用卫星提供全球互联网服务是否可行还有许多疑问，怀疑该项目在经济上是否可行。 卫讯公司认为时延不是衡量宽带性能的主要指标，对绝大部分互联网业务来说，速度和带宽才是决定性因素。低轨道星座有一些问题需要克服，存在固有效率不高的问题。国际通信卫星公司也认为静止轨道在互联网等应用上仍有用武之地，原因在于有低时延要求的用户并不多。 华尔街分析师则向几家老牌卫星运营商提出疑问：在谷歌、SPACEX、OneWeb等知名企业部署了成百上千个卫星、无人机和其他互联网传输平台后，打算如何生存。 部分金融分析家认为，这些新兴星座能在2020年筹集到数以十亿美元计的资金来支持其基础设施，并排除政策上的障碍，将上述各类平台投入运营。从上一轮星座的建设来看，投资、政策、技术都是可以解决的问题，有没有足够的核心用户才是最重要的，这也是传统运营商担忧的焦点所在。 而据昨天刚刚发布的新闻，欧洲卫星公司已开始布局小卫星产业，启动了ELO计划。 4、应如何看待这种趋势 这一轮小卫星星座热潮的领袖多为出身互联网行业的佼佼者，互联网企业的思维方式和传统电信运营商不尽相同。联网企业在提供免费服务乃至免费产品方面，要比传统企业、包括传统软件企业“大方”得多。在微软时代，经常听到版权问题的纠纷和诉讼，但到了互联网时代，大量软件向用户免费提供。尤其是苹果系统与安卓系统建立了软件应用市场后，人们已经习惯了能普遍获得免费软件、由广告商来支付软件费用的方式。后互联网时代的触手更不仅仅在于免费，而在于“眼球经济”、“粉丝经济”，一个焦点人物、一个焦点事件对“粉丝”的影响力与经济效益相当可观，雪崩式传播的“朋友圈”更是最佳的营销平台，所以互联网企业关注的是网络的覆盖面、对人群的在时空上的渗透度，这也是它们不惜代价打造全球互联网星座的原因所在。因此，这一轮通信星座很可能以免费接入为主要商业模式，这也就不存在“有没有用户”的问题了。 近地轨道小卫星星座一旦进入大规模建设期，我们思考将来空间应用与科学的方式可能要大为改观，那会是一个信息“无处不在”的时代。 OneWeb公司的小卫星星座空间段造价不过4.5亿美元，仅与2颗地球静止轨道卫星相当。那些制造巨头如此积极投入OneWeb公司的竞标，表明卫星成本大幅下降是大势所趋，与其被淘汰，不如及时搭上这趟班车完成转型。市场机遇瞬息万变，卫星制造商敏感捕捉到了新事物带来的商机并纷纷推出商业方案。这也从另一方面证明了卫星互联网星座计划的技术可行性。这些标书方案之详尽，意味着这些传统卫星制造巨头都愿意打破过去的卫星制造常规。 我国的航天事业的繁荣，很大程度上是因为国家进行了高强度的投入，通过型号任务和技术改造专项经费，为航天企业建设了大规模、现代化的设备与设施，并通过相对较高的待遇吸引了大批优秀人才。这一点，其实与国外的波音、洛马、空客等大型航天企业十分相似。国外商业航天的兴起，已经引起那些传统航天巨头们纷纷“下海”，与诸多新兴商业航天企业、航天创业企业平等竞争，在产品和服务上不断创新，在这方面，刚刚赢得OneWeb公司星座合同的空客防务公司做出了良好的示范，谁敢说这离我们还很遥远呢。 5、总结 得益于商业运载火箭的问世与商业器件大规模使用，进入空间的门槛不断降低，小卫星星座也许会是颠覆传统空间设施的搅局者。我们需要思考它的优缺点，以及一旦坐实后带来的影响，并且做好准备积极迎接这种可能。具体来说，有以下几点： 1、小卫星研制门槛下降是不争的事实，卫星制造方应当重新审视自己的元器件供应链，积极引入成熟的、先进的工业元器件与设备，加以可靠性加固设计，通过演示验证项目，得到飞行验证机会，测试空间应用的可行性与可靠性，为将来提高产品性能、降低产品成本打基础； 2、未来也许是一个变革的时代，传统航天企业应审视自身强项和弱项，把航天器设计与质量控制等强项做的更好，通过引入外部资源来加强“短板”，与外部商业企业（如互联网企业）充分合作，抢占先机； 3、传统航天企业应进行小卫星领域布局，可在应用与服务方面大有作为。 |
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