飞行智科如何让卫星应用更亲民,航天复兴

作者:韦德国际1946

[美国航天新闻网站2016年3月1日报道] 美国众议院科学委员会及其空间与环境分委员会在2015年11月召开了一次联合听证会,讨论了如何利用新兴的公私合营方式支持国家航空航天局和国家海洋与大气管理局的地球科学任务。鉴于商业遥感领域的兴起和创新,有必要启动一次关于政府如何从爆炸式的新型商业天基对地观测获益的公众对话。遥感以一种新型航天经济活动的形式出现,是私营领域自主创造新的任务能力的一个案例,而不是去满足政府作为首要和惟一用户的需求。

卫星测控是航空航天一个重要的细分领域,其主要包括对卫星、宇宙飞船等航天器进行跟踪测量,对航天器发回的数据进行接收处理,对航天器进行控制,在轨航天器长期的运行管理等。

然而,参与其中会有更广泛的主题。航天领域正在发生一场复兴运动,而政府在未来10年的响应方式可能是为下一个新的产业搭建舞台。政府在支持发射产业方面会有更多作为,但本文关注于空间段。

卫星测控直接关系到整颗卫星的安全以及寿命,是整个航天产业的神经系统。试想一下,如果一颗在轨卫星运行的过程中忽然失去了控制或者被注入错误指令,这将对整个卫星带来毁灭性的打击。在整个航空航天发展过程中,因为卫星测控系统出了问题导致卫星直接解体的事故也不在少数。

航天产业是一项关系国家安全、科学和商业机会的战略性产业。在政府驱动下,航天领域已经依照其意愿和成本满足了“这个用户”的需求。换言之,政府已经有了市场的职能,包括设定航天产品的品质、数量和成本,但在充当需求方的同时也在扮演项目管理者的角色。将一直提供定制的航天合同服务,以满足特殊的政府需求,但是我们主张的是,航天创业的兴起能够带来两个新的机会,支持现有的航天领域:快速验证和商业化产品。

近年来,伴随着商业航天应用的飞速发展,卫星星座系统部署增多,卫星在轨运行不仅数量大幅增加,通过组建卫星网络来实施任务这一现象的出现也带来了卫星技术发展的转变。作为保障卫星在轨正常运作的关键环节,卫星测控在整个商业航天产业链环节中的地位也越来越重要。与此同时,每一颗在轨服务的时长是有限的,如何通过有效的测控命令对卫星下达任务,延长卫星在轨服务时长,实现卫星资源的最大化利用,这也成为了越来越多人关注的问题。

对于上述机会,政府应当置身于传统的政府 - 承包商关系之外,定位于成为一个感兴趣的消费者。这种消费者模型有时通过快速验证方面的合同和合作,可能更多地成为投资者和新型能力“尝鲜者”的混合体;有时通过采购一种商业化产品,简单地成为全球众多产品和服务消费者中的一个。沿着从采用创新能力到购买成熟产品的途径发展,应当采取两个原则:购买成果,而不是过程;作为一个固定的次要用户。

韦德国际1946英国,在亿欧与未来宇航研究院联合推出的“2018中国商业航天30强”上榜企业报道工作开展期间,亿欧记者有幸拜访了一家以卫星测控技术为核心的科技公司——宇航智科。在与宇航智科创始人兼CEO关晖女士的交流过程当中,亿欧记者进一步了解了商业航天卫星测控领域发展的相关现状,下文将结合访谈内容逐步开展介绍。

对于新的发展,创新能力和快速验证,政府应当购买成果,而不是过程。政府的项目应当孵化创新,创造一个对于新兴产业概念的空白领域,而不会限制产业的创造方式。如果一项能力相对不够成熟,政府能够从私营领域的投资和风险降低中获益,也成为一个“尝鲜者”,并提供用户反馈,形成一个潜在的商业化产品机会。在这种构想下,政府能够评估商业能力的应用;提供反馈而不是提出“如何”满足需求;避免命令改变公司的运营——这可能与更广泛的商业目标冲突;以及通过间接的长期后续合同限制长期风险。

卫星测控已走过技术验证阶段,下一步将服务于普罗大众

通过寻求购买新的成果而不是消除失败风险的管理,美国政府能够实现目前航天活动的大多数目标。这些快速验证能够有助于形成优于研究和概念的未来空间架构和采购项目。意识到多数航天工业基地准备提供许多商业服务很重要。航天器制造是一个已解决的问题,而质量保障、发射服务、试运行、自主运行每天都在进行。政府可能在不久之后会面对的一种态势是,一个可快速提供的,且能够集成新型载荷的航天器平台将能够按需由多个供应商提供,并且成本与目前相比能够显著降低。

宇航智科成立于2015年11月,公司主要从事基于国产操作系统的商业卫星多星测控平台、业务运行和任务规划的技术研究、软件开发、系统集成等方向业务,致力于为用户提供基于商业卫星运行控制和业务应用的一体化应用解决方案。

打开宇航智科官网链接,赫然映入眼睑的首先是“建立覆盖全球的卫星运行管理网,让卫星技术服务生活”二十二个大字。近年来整个国内商业航天虽然取得了飞速的发展,但是总体而言这一产业仍然处于发展初期,整个产业环节中还有诸多空白领域亟待补全,市场盈利仍然面临挑战。这一情况之下,宇航智科不仅提出组建覆盖全球的卫星运行管理网络,更进一步提出了面向下游运用,让卫星技术服务于生活的口号。这一“二十二字”口号的提出是基于怎样的思考以及前提条件?置信度如何?系列问题耐人思味。

在介绍卫星产业发展现状时,关晖介绍表示,在整体航天的发展过程中,经过四五十年的发展以及国家行为验证,从技术领域来说,我国航天技术无论是在高轨、低轨、还是深空探测、卫星返回、太空维修等领域的相关技术都已经走向了成熟,这其中,卫星测控技术的成熟度也得到了客观实践的验证。现阶段,整个航天产业的发展都从体制或者少数一部分尖端群体运用开始走向服务于更广的社会群体,并且助力国民经济发展。所以在这一阶段谈商业航天或者更细化的卫星测控都具备了足够的意义。

作为我国唯一的卫星测控中心,也是世界先进的航天控制中心,西安国家卫星测控中心在卫星测控领域的话语能力不言而喻。自大学毕业便就职于西安卫星测控中心,并且长期从事卫星测控相关业务,一做就是二十多年,关晖可以说是卫星测控领域非常资深的专业人士。

其分析表示,与航天其它领域不同,卫星测控作为整个航天最为重要的一部分,其掌控了飞行器在天空运行的路径,一直以来都是整个商业航天领域的喉舌,长期被牢牢的掌控在国家手里,代表着国家在空域的制空权。由于这一领域长期被国家管制,所以也导致了这一领域的人员比较集中,具备卫星测控专业知识的人员比较少。

此外,不同于地面测控环境,由于卫星测控所处的环境是太空,这导致了许多在地面测试可行的方案到了太空也存在不能良好运行的情况,鉴于目前人力难以达到改变太空电磁环境的现状,商业航天领域对于测控领域的专业人才需求旺盛的现状也成为必然。

自2015年以来,我国商业航天发展逐步迎来热潮。一方面,国内商业航天的发展得益于军用以及探索类航空航天技术的不断成熟,并且具备了走向大众的可能性;另一方面,美国商业航天的迅速崛起也成为了促使我国商业航天加速发展的主要原因,每一颗卫星在天空的运行轨迹是固定的,上传下行数据的频率也是相对固定的,不同的卫星分别有不同的轨道以及频率资源。在天空轨道以及物理频率都有限的情况之下,首先占据轨道和频率资源的卫星将具有先发优势,在美国商业航天大规模崛起的情况之下,为了适当的抢占太空资源,我国政府也需要考虑引入市场化力量,以商业航天的力量进一步激活我国整体航天市场的活力。卫星测控作为商业航天之中重要的一环,也迎来了民营资本参与的可能性。

长远来看,商业航天市场规模将突破万亿。在一个万亿级的市场初步崛起的时代契机面前,早期技术探索阶段的验证已经基本完成,具备专业同时又是行业所亟需的卫星测控能力,这是关晖跳出体制内并参与到商业航天领域创业的主要原因。

卫星测控面临新挑战, 运营发展需要模式更新

伴随着商业航天崛起,民营企业参与卫星发射运营受到了资本的追捧,但随之而生的是,在大量的资本以及人才的堆压之下,商业航天领域一些新的挑战以及难题也逐步凸显。

在卫星制造方面,通过小卫星低轨组网,开展低成本的卫星运用探索,这一模式也成为了越来越多民营航天机构参与商业航天的主要方式,立方星等标准化卫星批量生产的技术日趋成熟。但伴随着多卫星组网模式的铺展开来,已有的卫星测控网络无法满足新增长的批量小卫星的数据传输需求,对多星的同时测控支持,多星及星座在轨运行管理也增加了航天测控网的负担和操作复杂性。

与此同时,在对地观测卫星和海洋卫星等近地轨道也提出了更高精度的航天器轨道测量和定位精度要求,此外更有更高的数据传输速率要求,更多的测控目标和更复杂的测控任务。这些新的要求都对卫星测控的数据传输能力提出了新的挑战。

另一方面,未来由几百颗甚至上千颗小卫星组成的卫星星座的应用使得卫星在轨数量激增,相应的航天测控网规模也将日益庞大,其长期使用及维护的费用占比也将逐步增大,如何以更低的测控成本开展卫星运用探索,这成为了多方机构共同思考的难题。

关晖认为,伴随着商业航天的发展,卫星用户将会越来越不关心具体的卫星是高轨道卫星还是低轨道卫星,又或者是通过单颗卫星来提供服务还是整个星座。他们更加关注的是卫星如何能够有效的为自身提供服务,并且保持长期可控,并且最大化的减低消费成本。针对于此,国家曾提出了通导遥一体化的卫星制造要求,但是这对于卫星制造业的要求比较高,而且不同卫星间信息传递也存在信号干扰的问题,实现难度大。但其实这一难题可以通过尝试改变卫星资源运营管理的模式来寻求到解决方案。

在关晖看来,卫星运营管理总体上可以分成以下三个环节:

运控:保证卫星太空运行的安全性,由于空间环境的复杂性,每年七八月份都会存在电磁风暴,太空碎片等自然灾害,协助卫星规避这些外力损坏都需要专业人员维护。而且小卫星星座组网模式的出现改变了以往单颗大卫星的运行现状,多颗卫星之间的网络拓扑结构如何维护?如何保证其有序的运行?这都是这一环节需要解决的问题。

运维:卫星发射成功后不能空转,需要能够承载解决问题提供服务的功能,如此方能产生价值。在卫星提供服务的过程中,如何有效、快速地给卫星分配任务,如何当星座中某一颗卫星出现损坏时候如何快速匹配替补资源保证在执行任务不受影响。如何进一步挖掘单颗卫星在轨期间有效的工作时长,这都是运维这一环节需要考虑的问题。

运用:商业卫星运营机构更应该关注市场在哪里,由于大多数用户对于商业航天认知的匮乏,这导致了他们对于现有的商业航天资源能够为自身提供怎样的服务尚且不是特别明了,也不知道自身需求与商业航天的结合点在哪儿。关晖认为,这里面需要有一些专业的机构来协助用户明确自身需求所在,然后根据用户的需求反向向运维和运控方提任务,分解用户需求并且帮助用户解决问题。

目前来看,我国拥有较大财力的国有企业、民营企业,尤其是互联网企业,一直满足于航天服务底层消费者的地位,仍然处在“天上有什么我就用什么”的水平,而没有形成从用户需求去考虑的方式。所以卫星商业化的应用模式很重要,最终要达到用户使用卫星的服务就好,没必要知道用的是哪颗卫星,也没必要去单独建立卫星网。要迅速的达到这一步,对于整个商业航天领域而言,在卫星产业的不同环节,是否能出现能够提供不同服务的专业机构是非常重要的。

以测控切入,搭建卫星运用云平台

卫星运用最核心的优势便是站得高,看得远,现在也正看得越来越准。过去长期的技术探索以及验证解决了卫星制造的难题,到了当下阶段,如何用好现有卫星技术也成了一个难题。

针对于如何用好现有卫星资源,关晖提出了打造互联网 航天的卫星云服务平台的想法。通过卫星测控打通上游数据,集成包括通讯、导航、遥感在内的多方卫星资源,然后再凝聚下游客户,衔接B端和C端用户,帮助他们做需求分析,向上游链条用户发布任务。这其中,上游卫星类似于网络服务器,卫星云服务平台成了衔接下游用户以及上游卫星的中台,面向用户提供解决方案,这一举措将有效降低卫星的运用门槛,拉近航天与用户的距离。

回到产品本身,宇航智科首先解决了传统测控系统设计缺乏标准化,可扩展性差,内部存在大量数据孤岛等架构问题;其次,宇航智科完成了对多轨道多星座的协同测控;最后,建立卫星通信宽带、地面站信道、存储设备与计算处理设备等基础设施会现阶段团队的核心工作。

在具体的商业落地方面,目前宇航智科已与国内多家卫星企业开展商业合作,并与海南微星公司签署卫星测控服务协议,为其对南海海域实施全方位监控,包括渔业资源、海洋生态环境、岛礁管理等相关应用提供技术支持。与此同时,宇航智科也在接触海外卫星以及海外客户。

致力于从自身擅长的卫星测控领域切入,搭建卫星云服务平台,并最终基于卫星服务提供行业解决方案。虽然目前宇航智科仍处发展初期,但是公司也已逐步具备了自身造血能力。在一个行业发展的过程当中,陪同行业一起成长的企业总要经历很长一段时间的磨砺以及考验。目前全球商业航天方兴未艾,距离最终的蓬勃仍然需要一段距离,作为国内第一批商业航天创业的重要参与者,我们期待宇航智科后续的发展。

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2018年的航天发展正处于商业化落地的上升期,随着国家政策大力支持,各大科创企业自主研发力增强,涌现出大批具有航天竞争力的优秀民营企业。为此,亿欧携手未来宇航研究院共同发起“2018全国商业航天30强“评选活动。

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