为防灾开“天眼”、让万物皆联网 中国卫星人如何叩问苍穹?
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2024-03-26 19:27:21
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  “5、4、3、2、1,点火!”酒泉卫星发射中心,随着口令下达,蓝箭航天朱雀二号遥三运载火箭喷出蓝色尾焰,将搭载的“鸿鹄卫星”“天仪33卫星(湖科大一号)”及“鸿鹄二号卫星”顺利送入预定轨道。

  发射期间,航天驭星副总裁曹梦一直紧绷着神经,紧紧盯着指控中心屏幕,他们调用了位于精河、七台河、中亚、南美等8地的10余套地面站执行卫星飞控保障任务。南美7.5米站执行了首圈测控任务,成功收到遥测信号,指令上注成功。“鸿鹄二号需要变轨,飞控过程相对复杂”,曹梦对

  与曹梦一样密切关注着发射的还有天仪研究院创始人兼首席执行官杨峰,鸿鹄卫星、天仪33卫星都有天仪研究院的研制身影。据杨峰介绍这两颗均是50千克级空间科学试验卫星,鸿鹄卫星将完成霍尔推进轨控功能及性能验证、综合电子载荷器件验证等任务,天仪33卫星则搭载了遥感相机模组并首次采用了多项天仪自主研发的平台技术。

  上述场景发生在2023年底的普通一天,但这一天正式开启了蓝箭航天商业化交付的阶段,记载了天仪研究院将第30颗卫星送入太空的成功,也让航天驭星有偿服务的卫星(或火箭)数量增加到303个,更值得关注的是这三家企业均与北京结下了不解之缘。

  “目前北京市商业航天形成了‘南箭北星’产业布局:以经开区为中心,集聚了一批商业火箭企业,形成了‘南箭’产业集群。市经信局和市财政局从降低企业创新风险出发,首创了商业航天发射保险贴费政策,现已连续四年实施补贴,支持了数十个项目。”“北京经过几年努力,一定程度上已具备较为完善的产业生态和发展要素,具有抓住新发展机遇的能力和产业基础。”北京市经信局航空航天产业处处长周斌在接受贝壳财经记者独家专访时介绍。

  2023年底、2024年初商业航天先后被写入中央经济工作会议内容和北京市政府工作报告,进一步走上发展快车道。正如北京市政协委员、航天宏图董事长王宇翔接受贝壳财经独家专访时所言,发展商业航天等新质生产力是推动我国经济社会高质量发展的重要动力。但他也提示,中国的商业航天公司的商业化才刚刚开始,包括商业火箭公司、商业卫星公司、测运控等的各个环节都需要寻找自己的商业闭环。

  SAR遥感卫星:为防灾减灾开“天眼”

  2023年12月18日23时59分,甘肃省临夏州积石山县发生6.2级地震,由于余震频发且伴有泥石流,地面人员难以进行地貌变化测量,天仪研究院“巢湖一号”SAR(合成孔径雷达)卫星从500公里的高空完成了任务。

  结合震前的光学遥感影像,天仪研究院联合西南交通大学、四川茵萨等单位科研团队对镇区公路、桥梁等交通基础设施的灾毁情况进行了解译:画面显示部分路面被掩埋,疑似出现山体垮塌,部分桥面过水疑似垮塌。

  “天仪研究院的‘海丝一号’‘涪城一号’等SAR遥感卫星还出现在2023年7月的河北省涿州市暴雨气象灾害,2022年1月汤加王国洪阿哈阿帕伊岛海底火山爆发,以及2021年1月印度尼西亚苏拉维西岛地震等灾害的遥感观测中,提供了应急影像,为救灾和次生灾害预见监测提供空间技术支持。”天仪研究院首席执行官杨峰在接受贝壳财经独家专访时介绍道。

  商业卫星公司目前主要聚焦的低轨道卫星研制赛道,按照用途,低轨道卫星又可以分为通信、导航、遥感和科研四类。

  天仪研究院最早瞄准的是科研卫星领域,因为“每次空间站向全球征集合作需求时,能过初选的只有几十份,有巨大的市场空间”。但近年来全球,光学遥感卫星成像条件苛刻等因素,又让从“体制内”转向创业的杨峰瞄准了SAR遥感卫星赛道,希望为“自然灾害开天眼,同时证明自己的技术实力”。

  “目前全球拥有两颗以上SAR(合成孔径雷达)卫星的国家,不超过15个,而天仪研究院作为一家民营企业就拥有三颗SAR卫星。”杨峰说。

  “中国如果没有商业SAR卫星,相关数据就需要采购德国、意大利等公司的数据,一幅SAR卫星图像数万元,天仪研究院填补了我国商业SAR遥感卫星的空白,也使SAR卫星图像的价格大大降低了。”一位商业航天领域投资人说。

  技术突破并非易事,“我们想做轻小型SAR(合成孔径雷达)卫星时很多投资人都反对,因为我们当时还没有做过几百公斤的卫星。”杨峰回忆起初做SAR卫星时的艰难,“我每天都要处理太多事、太多情绪,所以只有让自己变得钝感一点,才能不需要停下来,我还要保证团队不被这些声音影响。”

  杨峰认为天仪研究院成功的关键是,“我们是真的会做小卫星,这些年迭代下来的做工业级轻小型卫星的设计理念和工程经验,是我们的优势。”据他介绍,天仪研究院的SAR卫星重量比同等精确度的其他SAR卫星减少了数倍,“其他家几吨重,我们只有几百斤。”

  贝壳财经记者采访了解,目前商用卫星的主流趋势是由卫星平台和有效载荷两部分组成。卫星平台是卫星能源、控制等功能的总体支撑,载荷是让卫星具有遥感、导航、通信等功能的模块。目前我国已经完全实现了SAR卫星载荷的国内自主,卫星平台部分多由商业卫星企业自主设计和研发。

  “拥有10颗SAR卫星就能实现比较好的现金流效果,一年大概有20亿至30亿的营收,利润在50%以上。”杨峰说。目前,天仪研究院共有3颗SAR卫星升空,未来还有120颗卫星组成的星座计划。

  杨峰透露,天仪研究院将进一步研制的InSAR(干涉合成孔径雷达)卫星,目前正瞄准住建领域,“做房屋安全监测、大型建筑或大型资产的沉降和形变监测等,主要客户来源是房屋业主单位。”天仪研究院也在向下游延伸,目前客户可以通过其提供云端数据商城获取数据,未来还可能推出垂直遥感行业的大模型。

  与天仪研究院路径相反,上文的航天宏图则此前主要从事遥感与地理信息云服务平台,实现了遥感基础软件的国产化替代。2023年3月开始向上游拓展,发射了“女娲星座”的首发星,组成“女娲星座”的四颗卫星为SAR(合成孔径雷达)卫星。

  卫星互联网:对6G模式的想象

  遥感、导航之外,通信卫星组成的卫星互联网是距离普通人生活最近的场景。1月4日,埃隆·马斯克(Elon Musk)旗下SpaceX(太空探索技术公司)发射了首批6颗能够提供移动电话服务的星链卫星。近年来,国内开始出现各类卫星互联网相关应用,如中国电信与华为联合推出了全球首款支持卫星通话的大众智能手机,时空道宇与极氪联合发布了首款量产卫星互联网乘用车。

  “我们可以把低轨道卫星理解为‘空中基站’,每一颗卫星覆盖的范围可达到方圆上千公里。数以千计的低轨道卫星组成‘星座’,就可以实现全球的‘基站’覆盖。”银河航天创始人、董事长兼首席执行官徐鸣在其公众号中这样解释卫星互联网。他认为空地互联、远程教育、航海和飞行器的通信,都是卫星互联网的使用场景。

  银河航天是卫星互联网领域的第一家独角兽企业,目前估值已超过百亿元。该公司2022年发射的6颗我国首次批量研制的低轨宽带卫星与首发星共同组网,形成了名为“小蜘蛛网” 低轨宽带通信试验星座。

  “通过单颗试验星-批产卫星星座组网-平板式卫星在轨验证‘三步走’的工程实践,银河航天逐步实现了柔性太阳翼、毫米波多波束数字载荷、卫星组网等关键技术突破。”银河航天星座通信系统架构师林广荣对贝壳财经记者介绍。

  根据国际电信联盟(ITU)截至2023年的最新数据,全球仍有26亿人没有接入互联网。当中拥有巨大的市场需求,此外不少行业观察人士认为6G将是“卫星+地面基站”组成的“天地空一体化”网络。

  卫星互联网与地面通信是补充关系。“海洋、沙漠、戈壁,或天空中的飞行器、无人机、热气球等地方,要想实现网络覆盖,仅靠地面基站的效果并不好,甚至有些地方地面基站无法覆盖,还得依靠卫星整合,实现‘天地空一体化’。”中国通信业观察者、智能互联网研究者、蓝迪国际智库专家委员会委员项立刚对贝壳财经记者说。

  网络吞吐速率方面,华为无限技术实验室6G技术首席科学家王俊在2023年底的一场演讲中介绍,基于再生卫星的在轨测试显示,其星地链路吞吐下行最高660Mbps[指每秒传输的位(比特)数量],上行最高135Mbps;谱效下行最高4.21bps/Hz(指的是单位频带内所能实现的信息速率),上行最高2.7bps/Hz。

  “未来6G网络的目标不完全是通讯速率变快,还有‘无死角覆盖’。从华为基于再生卫星转发宽带通信载荷的验证结果来看,当前低轨卫星互联网的用户侧链路基本达到5G网络的传输速率。” 航天驭星副总裁曹梦在接受贝壳财经记者专访时说。

  使用卫星互联网的另一原因是控制成本。此前徐鸣在自己的文章中算了一笔账:如果把地面的通信网络看成是二维的,那么低轨道卫星组成的通信网络就是三维的。通过“二维+三维”的方式对全球通信网络进行升级,也会让整个全球网络基础设施的成本大幅降低。即如果要让全球每一个角落都能联网,投入低轨道通信卫星的成本,有机会降到基站建设的1%。

  事实上上世纪七十年代,国内高轨道卫星通信商业路径早已经跑通。当时高轨通信卫星竞相发射,已实现数字信号转播,“卫视”“上星”等电视台相关用语因此而来,包括现在飞机上使用的空地互联,紧急时使用的海事卫星都为高轨道卫星。早年间的卫星网络和现在的卫星互联网有什么区别?

  据项立刚介绍,高轨道卫星的优势是覆盖面积广,但劣势是总带宽小(单个高轨道卫星跟低轨道卫星星座相比)、信号相对较弱、发射成本高昂等。而低轨道卫星的优势是能提供较高的带宽,在能量消耗、连接稳定性上相对较好。但低轨道卫星会在短时间内飞过覆盖区域,需要下一个卫星进行衔接,因此要用众多卫星来组成星座提供服务。

  那么低轨卫星互联网实现全球覆盖到底需要多少卫星?林广荣预计,初步实现全天候、全球网络覆盖,还需发射百颗以上的卫星。项立刚则认为要视轨道情况而定,“比如高轨可能需要三颗星,中轨可能需要十几颗星。哪怕只是低轨道,距离我们300公里、500公里、600公里所需要的卫星数量也不同。比如马斯克的太空探索技术公司选择的500公里轨道,设计需要发射4万颗卫星,目前已经发射了5600颗左右。”

  “我国具有大量的通信地面网络,不一定得像马斯克的星链计划一样需要那么多颗卫星,可以用不同轨道的卫星相互进行补充。”项立刚说。曹梦则认为国内基站覆盖足够广,卫星互联网既然作为新基建提出,需求提供全球化的通信基础设施,可以顺便对外输出我国的互联网经济模式。

  商业化变现:整星交付和测运控领跑

  既然SAR卫星和通信卫星均需要发射多颗卫星、组成星座,才能提供服务,进而实现收入。那么,卫星企业要如何实现短期业绩,支撑星辰大海的梦想?答案是帮其他企业定制卫星,整星交付或者提供数据。

  目前商用卫星的主流趋势是由卫星平台和有效载荷两部分组成。据杨峰介绍,天仪研究院的空间科学实验卫星和SAR卫星都使用通用化的卫星平台,都可以更换不同载荷,适配客户的定制需求。“从具体商业订单来看,天仪研究院的两类卫星产品‘可以说是赚钱的’,但用户量还不够多。”杨峰说。

  银河航天星座通信系统架构师林广荣表示,银河航天今年的卫星制造商业订单数量可观,业务占比目前比较大。

  如果把研制卫星的银河航天和天仪研究院比作“淘金者”,那么,从事测运控的航天驭星则是“卖铲人”,因为不管是火箭还是卫星都需要测控服务。航天驭星副总裁曹梦告诉贝壳财经记者,随着商业航天行业整体发展,卫星测控企业的收入是可预期的。

  资料显示,航天驭星起家于提供商业测控服务,占据国内商业航天测运控服务市场的80%以上,其目前拥有超过60套测控站,基本实现测控范围全球覆盖。对于到国外建站,曹梦表示,公司非常重视国际合作,并且合作模式相对灵活。

  曹梦还提示,航天数据储存、提取和分析是一片蓝海。“尤其是遥感数据,体量很大。”2023年9月,航天驭星发布宁夏中卫“航天云”数据中心项目。曹梦表示,该数据中心已经建起了能够跑数据的小机房,未来希望搭建垂直航天业务的应用,“通用大模型也可以延伸进入航天数据服务领域”。

  此外,航天驭星基于自身建设测控站和测控设备的需求,也在向其他卫星企业提供信关站落地的综合解决方案,信关站能够实现卫星网络与地面公共网络的信息交互,是卫星互联网的关键地面基础设施。

  带动产业链升级:尚待形成统一标准

  银河航天、天仪研究院受访时都强调卫星制造的产业链带动作用。作为卫星制造企业,它们负责卫星平台和关键组件的设计、制造,从而带动上下游的制造工业向高端制造业转型升级,同时降低自身成本。“我们和地面配套工业属于双向奔赴。”银河航天星座通信系统架构师林广荣说。

  例如银河航天与重庆精刚传动科技有限公司(以下简称:重庆精刚)合作的谐波减速器,针对齿廓设计和修形做了特殊处理,降低部件间磨损,延长在太空环境中的使用寿命,“这在太空中磨坏了可修不了”,林广荣说。

  与重庆精刚类似的企业还有很多,银河航天提供的资料显示,从2018年至2023年其生态合作伙伴数量分别为117家、245家、412家、688家、931家和1113家。“银河航天为配套企业提供技术指标牵引,让产品达到航天标准;国内成熟工业体系则为银河航天提供产品,降低成本,形成了开放的产业生态。”林广荣说。

  打通上下游产业链、形成产业生态的目的也在于降低成本。“我们的成本降到原来的十分之一,甚至未来大批量研制成本会更低还能降到几十分之一。”他还透露,银河航天目前的一千多家供应商中,包括机器人、汽车配件等制造企业。

  天仪研究院创始人兼首席执行官杨峰也表示,使用工业级材料代替宇航级材料是天仪研究院成本下降的关键。“在这方面,我们做了很多测试和大胆试用,甚至用了42块钱的消费级摄像头来观察自研卫星的离轨帆能否正常打开。”

  航天驭星则是通过实现测控设备的自主研发闭环,从原材料级对测控系统单机、设备实施全生命周期管控,以此实现技术、成本、进度、质量的完全可控。曹梦表示,只有全链条可控,才让我们在激烈的市场竞争中保持优势。

  虽然不少卫星和测控企业已经形成了上下游产业链的带动作用,但尚未出现能在供应链标准方面具有话语权的“链主”。

  杨峰指出,国内卫星行业还做不到供应链标准化的阶段,“因为(企业)谁都不服谁”。他表示,很多卫星的设计逻辑、卫星平台思路都不同,行业里还没有出现一个能够说“跟着我的标准做出来的东西一定不差”的领军者。他认为,“现在就像春秋时期群雄争霸,随后将进入战国七雄相互吞并的局面”“如果统一技术路径可能需要‘一个足够大的客户’,但目前还没有出现。”

  政策驱动:商业航天亟待爆发元年

  国内商业航天最早可追溯到2014年。

  2014年11月,国务院出台的《关于创新重点领域投融资机制鼓励社会投资的指导意见》释出国家民用空间基础设施建设信号。2015年10月,国家发改委、财政部和国防科工局印发《国家民用空间基础设施中长期发展规划(2015-2025)》,开启商业航天发展元年。2021年1月,北京市经济和信息化局在《北京市支持卫星网络产业发展的若干措施》中,明确北京商业航天的“南箭北星”发展格局。此外,上海、重庆、深圳、浙江、河南、武汉、成都等8个省市也在相关政策中提及了低轨卫星或卫星互联网。

  2023年底、2024年初的政策利好则让商业航天人看到了行业爆发的曙光。

  2023年12月,中央经济工作会议在北京举行,商业航天首次进入中央经济工作会议内容。2024年1月,北京市第十六届人民代表大会第二次会议开幕,政府工作报告中指出要加快发展新质生产力,其中涉及7项具体任务,其中包括促进新能源、新材料、商业航天、低空经济等战略性新兴产业发展,开辟量子、生命科学等未来产业新赛道。

  为抓住商业航天产业发展未来机遇,北京市经信局航空航天产业处处长周斌在接受贝壳财经采访时表示,计划在现有产业政策的基础上,进一步完善有关支持政策,为商业航天企业提供支持,此项工作已经在推进中。 “未来,商业航天将呈现出发展潜力大、市场规模广、增长速度快的特点,具有良好的、广阔的发展机遇。”周斌说。

  受访的一位商业航天产业投资人向贝壳财经记者坦言,错过“大航海时代”的中国人一定不会再错过“大航天时代”。

  谈及商业航天爆发的临界点,天仪研究院创始人兼首席执行官杨峰告诉贝壳财经记者:“当做到规模化、经济性和普世性,同时应用足够多的时候,商业航天自然就会迎来爆发。”他以卫星行业为例说明其中的逻辑关系,“如果卫星应用挣不到钱,不会有人买卫星制造,也不会有人去买火箭和测运控。同理,火箭、卫星、测控等企业也不会去买零部件。”

  航天宏图董事长王宇翔则判断,从2015年到2023年,过去的8年属于中国商业航天1.0时代。在1.0时代,从火箭、卫星、发射场到下游需求,都形成了很好的突破。但从长远来看,离真正的商业化还有比较长的一段路要走,现在可能只是2.0时代的起点。对于所有人而言,事业大幕才刚刚开启。

  他建议,通过国资和社会资本共同出资,增强航天业的经济体量和产业规模。此外,他还建议通过给予订单扶持,实现各级政府降本增效的同时,带动整个产业链发展。

  根据摩根士丹利预测,2040年全球太空经济的价值将达到1万亿美元,其中卫星互联网将占市场增长份额的50%,最高至70%。此外,太空对更广泛的经济和社会的价值具有7倍的乘数效应,预计将达到约7.9万亿美元,从而在2025年至2040年期间产生超过80万亿美元的累积影响。

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