民营卫星组网梦
—内地商业航天“摸石头过河”
2018/06/25 | 赵福帅 | 阅读次数:6775 | 收藏本文

5月17日,中国西北某发射基地,身长约9米的零壹空间公司OS-X火箭暨“重庆两江之星”一飞冲天。这是中国首枚民营公司自主研制的商业火箭。
零壹空间创始人兼首席执行官舒畅告诉《凤凰周刊》,这款火箭首次飞行就是商业飞行,一是为沈飞601所某型在研飞行器做气动外形测试,二是为国内十多所顶级高校发起的“先进空天技术验证飞行联盟”测试箭上无线通信技术,三是某型减阻杆试验,等等。
“之前他们想做这些试验,未必有渠道,因为发射资源非常紧缺。如飞行器气动外形测试,以往更多是靠模拟计算或风洞试验,高空、太空直接验证当然更加真实。欧美已有商业公司提供飞行器试验服务。美国一年有150多次测试,国内大概有几十次的需求。”
舒畅介绍,这次发射的OS-X系列火箭专门用于科学试验。公司的OS-M系列火箭主要服务商业微小卫星发射,计划今年年底前后首飞。
和舒畅一样激动的,还有天仪研究院创始人兼CEO杨峰。天仪是一家民营卫星公司,创立于2016年1月,已成功发射了4颗卫星。近几年,一批民营卫星公司如天仪研究院、九天微星、零重力实验室等正快速涌现。“民营火箭若起来,发射环节就更快更便宜,在国家队之外提供更多选择,我们卫星的空间就更大了。”杨峰说。
航天产业主要包括两大板块,一是火箭的研制和发射;二是卫星的研制、发射和运营。卫星是商业航天的大头,没有繁荣的卫星市场,火箭创业便如空中楼阁。
做小卫星:
找到生存空间
不同于美国航天产业均为民企,中国民营卫星公司自出生面对的就是清一色“国家队”。即便2015年以来,中国政府出台一系列文件鼓励民营资本参与航天产业,这些创业者仍不断被质疑。
如何才能避开“国家队”、找到适合自己的生存空间?这些创业者的共同选择是做微小卫星。
在业内,重量在1-10公斤的卫星被称为纳卫星,10-100公斤的称为微卫星。微纳卫星最早是1990年代由德国科技大学研制成功。
1999年,来自加州理工和斯坦福大学的两位教授提出立方星的设计。立方星外形像若干个魔方的整齐堆砌,这种标准化的研制,取代了过去定制卫星的方式,极大降低了卫星研制成本和周期,因此成为最典型的微纳卫星,并越来越多应用于商业项目。2014年,立方星还入选《科学》杂志“2014年全球十大科学突破”。
天仪研制发射的第一颗微小卫星“潇湘一号”就是一颗立方星,只有鞋盒大小,单手便能拿起。
“在我们眼中,卫星其实和电脑、手机的发展很相似,体积会越来越小,从少数人才能拥有,到人手一台,价格越来越低、功能越来越强、更新迭代越来越快、既可批量也可柔性生产,应用和市场最终越来越大。”杨峰说。
全球微纳卫星正快速发展。美国SpaceWorks公司发布的《2018年微纳卫星市场预测报告》指出,2017年有超过300颗微纳卫星发射,这超出了学界的预测,同比增长205%。2017年2月,印度的PSLVC37创下一次发射104颗卫星的纪录,其中大部分是微纳卫星。
美国的微纳卫星数量占全球的66.4%,这主要得益于Planet Labs和Spire两家龙头公司,他们正进行小卫星组网。中国微纳卫星目前占全球的2.9%。
该报告显示,微纳卫星主要应用于对地观测、遥感、通信、科学实验、技术、创新应用等。
中国民营卫星公司如何寻找可能的市场机会?
杨峰介绍,刚创业时,一位相熟的研究所老同事闻风跑来问,“听说你们要做卫星,能不能把我的一个载荷带上去?”
这让他眼前一亮,一些高等院校、科研院所和企业都有太空在轨实验需求,在以前,只能申请、排队数年,“简单说,就是等卫星,等发射”。
于是,天仪决定从科研卫星切入,两年内为中科院等十多家科研单位和企业提供了服务。天仪与清华大学天体物理中心合作的“天格计划”首星即将发射,该计划包括24颗微小卫星组成星座,用来探测引力波。
九天微星在初创期则选择了太空教育市场以图生存。这家民营公司具有中科院西安光机所投资背景,今年2月其研制的“少年星一号”已顺利升空。据悉,九天微星已与北京四中、海南文昌中学、郑州四中等数十所中小学建立合作关系。
和“少年星一号”一起搭乘火箭上天的,还有“风马牛一号”。这是中国第一颗私人卫星,主人是知名企业家冯仑。“风马牛一号”重4公斤,飞行在500公里的高空,总成本约100万美元。
热潮再起:
布局卫星互联网
“科研只是天仪的早期切入点而已,先找到一个细分市场生存和发展,后期会做卫星互联网等大型应用星座。但如果是一开始就做大应用的话,可能就会走很多弯路。”杨峰透露,目前天仪研究院已经开始与国内的LaserFleet公司合作,共建288颗激光通讯航空WiFi星座。星座建好之后,航空旅客将可能实现和陆地上一样快速低价的上网体验。
九天微星则计划建设中国第一个商用低轨物联网星座,与三一重工、中集集团、中信集团等合作,在全球部署72颗卫星,实现全球尤其“一带一路”的物流、重型装备等联网。今年下半年九天微星计划发射一箭七星的“瓢虫系列”,以验证相应技术,并开展商用试运营。
中国电子学会研究员张婵撰文介绍,卫星互联网是将卫星通信与互联网相结合的新型网络,通过大容量的卫星宽带线路实现信息联网传输,是对光纤互联网和移动互联网的补充。
当前,光纤和移动宽带网已经覆盖了绝大多数场景及用户,但是仍有空缺,如航空、海上、偏远农村、牧区、沙漠等。截至2017年6月,全球互联网普及率为51.7%,全球仍有一半人口未实现互联网连接。
卫星互联网就成为一个可能的解决方案。
不过,传统的卫星通讯资费贵、速率慢、容量低,市场主要局限于政府和企业等客户,地面终端体积较大、移动性差,普通消费者往往无法企及。
FutureLab(未来实验室)创始人胡延平回顾,此前卫星互联网有过一次投资热潮,但未能解决上述问题,倒闭、破产重组的企业为数不少。
1990年代比尔·盖茨曾投资的Teledesic公司烧掉90亿美元后,于2002年宣布关闭。美国铱星公司也是著名失败案例,20世纪末,这家公司发射了66颗通信卫星,为人烟稀少地区提供通话服务,但难以盈利。耗费50亿美元后,铱星宣布破产。
不过,胡延平认为,近几年,众多相关技术的快速演进,使得卫星互联网的性价比不同以往,行业奇点可能即将来临。比如,SpaceX火箭回收重复利用、卫星批量标准化生产、一箭多星、智能卫星及算法、波束成形、抗干扰抗衰减等技术都在突飞猛进。
于是,新一轮资本涌入该领域。
截至2018年初,向美国FCC(联邦通信委员会)提出许可申请的玩家就有波音、OneWeb、SpaceX、ViaSat、Telesat、Audacy、Karousel LLC、Space Norway、Theia Holdings和LeoSat,其中OneWeb、SpaceX等先后拿到许可。
OneWeb与空客、维珍银河、高通、卫讯和可口可乐等开展资源合作,2016年底获得日本软银10亿美元融资。该公司计划到2027年发射720颗卫星,总成本约20亿美元。
今年2月22日,SpaceX成功发射两颗互联网实验卫星,该公司的Starlink项目计划2024年前发射近1.2万颗小卫星,耗资100多亿美元。地球现有卫星都不超过1500个。
此外,互联网巨头也竞相进入。Google先后投资O3b和SpaceX公司。Facebook去年也专门成立一家子公司PointView。
在中国,除了民营企业纷纷提出组网计划,中国航天科技、中国航天科工等“国家队”,也计划几年内组成卫星互联网“鸿雁星座”与“虹云工程”,前者包括60颗卫星,后者为156颗。
摸石头过河:
诸多问题待解
“小卫星的民营团队能走多远,往什么方向,包括国外的SpaceX、Oneweb,仍然在摸石头过河,他们的商业模式和市场方向也未得到充分验证。”北极光风险投资合伙人黄河撰文表示。
目前,赛富动势、经纬中国、北极光创投、联想之星、百度风投等知名创投基金均已布局商业航天。
不过,有观察人士指出,民营航天发展可能受到频轨资源、行业敏感性、国企竞争、商业模式等挑战。
卫星轨道和频率都属极度稀缺资源,均由国际电信联盟(ITU)管理和分配,遵循“先申报先使用”的原则,由国家向ITU申请。若轨位和频率已被使用,则需通过ITU与使用者协商。
《解放军报》曾报道,美国、俄罗斯等航天强国从上世纪五六十年代就已向ITU申报并依照国际程序获取了大量的频率轨道资源,以支撑其数量庞大的卫星系统,这也导致目前很多好用的频段和轨道位置都已被占用。如美国GPS和俄罗斯的格洛纳斯卫星导航系统已占用了80%的“黄金导航频段”,其他国家只能抢占为数不多的剩余频段。
此外,日本、韩国、印尼等亚太国家也在加紧申报并获取频率轨道资源。汤加王国甚至早期申报了大量的频率轨道资源并获得了优先使用权,此后以经营优先使用权来获取经济利益。
目前,高轨卫星资源已被瓜分殆尽。随着卫星小型化、商业化趋势,低轨卫星轨道资源的争夺也愈发激烈。
“这个行业确实不可能有上百个玩家组网。但正因为先占先得,就更应该先冲上去,占据主动。第二条路是通过技术创新把障碍绕过去,这在科技和产业史上屡见不鲜。”杨峰说。
至于民营卫星会否涉及国家安全,他解释,国家有领空,但没有领天概念,“民用无人机有黑飞、干扰航空安全等问题,但所有卫星都要严格遵循国际国内申请批准规则,才能发射运行,没有黑飞问题。政府对卫星的所有技术和功能都有非常严格的监管,否则怎么会让你发呢。”
面对竞争,杨峰介绍,“国家队”忙于做大中型火箭和卫星,微小卫星是民企不错的选择。“而且我也可以接海外订单。或者国家队把某些环节外包给我。”
九天微星就选择了主要做客户需求的获取、卫星设计、供应链采购,而之后的集成、总装、测试等环节,全部与传统的国有航天科研院所合作。
至于最核心的商业卫星及卫星互联网的应用场景和商业模式,杨峰在采访中坦承航天圈技术气息浓,不擅长互联网的商业模式,“我得拉着互联网圈等来跨界,今年就有很多合作活动。”
黄河也指出,这很像1990年代的互联网,大家普遍觉得互联网将会有很好的应用前景,但是怎么应用,还有待发掘。
当然,最大的“黑天鹅”是科技。也许,科技将迅猛改变所有预期。
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