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低軌衛(wèi)星星座背后的產(chǎn)業(yè)賽跑

05/22 10:10
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作者:陳彬,編輯:李墨天

2月3日7:37,西昌發(fā)射場迎來了第200次發(fā)射任務(wù)。一枚搭載了11顆衛(wèi)星的長征二號丙運載火箭,在破曉之時緩緩升空。不同以往的是,這一次發(fā)射的衛(wèi)星,來自一家民營企業(yè)。

在航天領(lǐng)域,由民營企業(yè)構(gòu)成的商業(yè)航天,正日漸成為一股不容忽視的力量。

中國商業(yè)航天的故事,最早可以追溯到2014年:彼時,國家放開了政策限制,鼓勵民間資本造火箭、放衛(wèi)星,一些企業(yè)開始了早期探索。

而在近兩年,隨著企業(yè)陸續(xù)取得突破,商業(yè)航天開始爆發(fā)。

2021年,吉利旗下的商業(yè)航天公司時空道宇,在浙江臺州建成全球首個深度融合航天制造和汽車制造能力的衛(wèi)星超級工廠,實現(xiàn)了衛(wèi)星的工業(yè)化生產(chǎn)。

2023年,這家企業(yè)還成為全球首家實現(xiàn)衛(wèi)星通信及星基高精定位車規(guī)級量產(chǎn)應(yīng)用的商業(yè)公司。目前,已經(jīng)完成自有星座兩個軌道面部署。2024年內(nèi)完成星座第三個軌道面部署后,開啟全球化商業(yè)應(yīng)用。

去年,民營火箭產(chǎn)業(yè)也按下了加速鍵,5家公司先后發(fā)射了13枚火箭。年底,我國首個商業(yè)航天發(fā)射場,也在海南竣工。

中國商業(yè)航天如火如荼的背后,是一場正悄悄拉開帷幕的太空競賽。

21世紀太空競賽

當(dāng)下,跑馬圈地最激烈的,莫過于低軌衛(wèi)星星座建設(shè)。

北京時間5月15日02:39,一枚搭載了20顆星鏈衛(wèi)星的獵鷹9號火箭,成功進入地球軌道。截至2024年5月15日,SpaceX已經(jīng)發(fā)射了足足35次星鏈衛(wèi)星[2]。同一時間,其他國家也加快了建設(shè)低軌衛(wèi)星星座的腳步。

眾所周知,現(xiàn)代社會的信息傳輸,幾乎完全依賴地面通信。

然而,出于自然環(huán)境、基站建設(shè)成本等問題,目前尚有80%以上的陸地地區(qū)、95%以上的海洋地區(qū),沒有被地面網(wǎng)絡(luò)所覆蓋。

在這些“信息社會的死角”,基于低軌衛(wèi)星的衛(wèi)星通信就成了最好的選擇。借助運行在地球軌道上的衛(wèi)星星座,可以實現(xiàn)對整個地球的網(wǎng)絡(luò)覆蓋。

由此可見,低軌衛(wèi)星星座有著非常重大的價值:它可以給處于極端環(huán)境、基建落后、地面網(wǎng)絡(luò)無法覆蓋地區(qū)的人們,提供實時的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。除此之外,它還是6G網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分。

當(dāng)然,通信只是低軌衛(wèi)星的主流應(yīng)用方向,它還能實現(xiàn)高精定位、遙感等功能。

然而,低軌衛(wèi)星星座的技術(shù)特征,決定了民營企業(yè)才會是破局的關(guān)鍵。

衛(wèi)星運行的地球軌道,按照軌道高度從低到高,分別是低軌道、中軌道以及地球同步軌道。低軌道由于距離地面更近,因此傳輸延時最低,速率更高,是目前唯一能實現(xiàn)近似地面通信效果的軌道。

然而,低軌衛(wèi)星星座如果要覆蓋全球,對衛(wèi)星星座的設(shè)計要求非常高。

由于軌道高度低,單顆低軌衛(wèi)星只能覆蓋一小片區(qū)域。因此,需要通過數(shù)十顆、數(shù)百顆乃至更多的低軌衛(wèi)星,組網(wǎng)成一個星座,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,且操作、控制、管理難度較高。

除此之外,低軌衛(wèi)星還存在使用壽命較短等問題。

因此,發(fā)力低軌衛(wèi)星,需要低成本、批量生產(chǎn)衛(wèi)星的能力。

事實上,早在上世紀末,各個國家已經(jīng)意識到了低軌衛(wèi)星星座的潛力。

然而,傳統(tǒng)的衛(wèi)星生產(chǎn),大多依賴實驗室定制研發(fā),單顆成本極其昂貴,更別提組建星座了,這顯然不是傳統(tǒng)航天機構(gòu)所擅長的。

因此,民營企業(yè)接棒成為了發(fā)展低軌衛(wèi)星星座的重要有生力量。在中國,民營商業(yè)航天企業(yè)時空道宇沖在了第一線。

當(dāng)下,時空道宇是全球第6家,也是國內(nèi)首家能夠獨立建設(shè)并運營商業(yè)衛(wèi)星星座的企業(yè),同時也是國內(nèi)唯一實現(xiàn)星座整軌部署的商業(yè)航天企業(yè)。

目前,時空道宇正在建設(shè)并運營,全球首個服務(wù)于未來出行生態(tài)的低軌衛(wèi)星星座——吉利未來出行星座。預(yù)計在兩年內(nèi),時空道宇將完成星座一期72顆衛(wèi)星部署,實現(xiàn)全球?qū)崟r數(shù)據(jù)通信服務(wù)。

然而,即便對于時空道宇這樣的民營企業(yè)來說,參與“低軌道競賽”,仍是個不小的挑戰(zhàn)。

擁抱產(chǎn)業(yè)思維

早些年,外界普遍并不太看好衛(wèi)星通信這個方向。畢竟,民營企業(yè)的第一次嘗試,就以一場慘敗收場。

上世紀80年代,摩托羅拉推出了全球首款商業(yè)手機,并搭載了剛剛興起的1G網(wǎng)絡(luò)。然而,1G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的種種缺陷,令摩托羅拉感到不滿。于是,這個風(fēng)頭正盛的手機巨頭,啟動了一個非常大膽的項目:

通過發(fā)射77顆衛(wèi)星,來組建一個覆蓋全地球的網(wǎng)絡(luò)。摩托羅拉將這個項目命名為銥星(Iridium),因為金屬元素銥的原子序數(shù)剛好為77。

然而,銥星項目的建設(shè)成本高達50億美金,需要超100萬用戶才能攤平成本[8]。1998年底,銥星項目正式投入使用,用戶僅有約2萬人[9]。只運行了8個月,銥星項目便瀕臨破產(chǎn)。2000年,摩托羅拉不得不宣布所有衛(wèi)星將脫離軌道。

所幸美國政府接盤,免除了40億美金的債務(wù),銥星才得以存續(xù)下來。當(dāng)年銥星的失敗,揭示了低軌衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)化的兩個關(guān)鍵性難題:

如何降低建設(shè)星座的成本?以及如何扛住龐大的研發(fā)開支,找到成功的商業(yè)模式?

針對這些問題,時空道宇在摸著前人過河的過程中,探索出了一種非常巧妙的解題思路。

制造衛(wèi)星是一項昂貴、復(fù)雜、耗時,且工程精密度極高的工作,通常多在實驗室進行。

幸運的是,時空道宇作為吉利旗下的公司,擁有豐富的汽車制造知識。

通過借鑒吉利汽車制造的自動化裝配技術(shù),以及批量化制造管理模式,時空道宇打造了一條智能柔性脈動式生產(chǎn)線,實現(xiàn)了衛(wèi)星AIT(總裝、集成和測試)量產(chǎn)。

工業(yè)化批量生產(chǎn)的模式,使得時空道宇能夠大幅縮短衛(wèi)星的總裝集成測試周期,并將生產(chǎn)成本降低45%。

如今,從下單到衛(wèi)星出廠,時空道宇只需要28天。而在量產(chǎn)階段,臺州衛(wèi)星超級工廠每天可出廠1-2顆衛(wèi)星,已接近國際一流的商業(yè)航天企業(yè)[10]。

對于時空道宇而言,吉利龐大的汽車工業(yè),既是前置產(chǎn)業(yè),幫助解決了降本難題;同時也是下游產(chǎn)業(yè),提供了可行的落地模式。

去年,時空道宇創(chuàng)新性地將衛(wèi)星通信落地到汽車上,和極氪共同推出了全球首款量產(chǎn)衛(wèi)星通信乘用車——極氪001FR。如今,極氪009光輝版、新款極氪001、極氪007、吉利銀河E8等車型,都配備了雙向衛(wèi)星通信功能。

對于衛(wèi)星通信而言,出行是個極其重要的場景。

當(dāng)處于無地面網(wǎng)絡(luò)覆蓋的環(huán)境時,配備了衛(wèi)星通信的車輛,仍可以提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù),不必擔(dān)心失聯(lián)。

與此同時,時空道宇的吉利未來出行星座,不光具備衛(wèi)星通信功能。星座二期將拓展至168顆低軌衛(wèi)星,將提供全球高精定位服務(wù),能夠讓車輛“永不迷路”。

“衛(wèi)星上車”,可以切實解決許多極端環(huán)境行駛的痛點。

時空道宇是國內(nèi)率先實現(xiàn)車載衛(wèi)星應(yīng)用產(chǎn)品規(guī)?;涞氐纳虡I(yè)航天企業(yè)。然而,出行只是時空道宇產(chǎn)業(yè)化版圖的第一步。

實際上,低軌衛(wèi)星星座的想象空間,遠不止于此。

目標,星辰大海

今年4月,曾經(jīng)“死過一次”的銥星,公布了一季度的財務(wù)數(shù)據(jù):2.039億美金的營收,以及980萬美元的凈利潤,儼然已經(jīng)重獲新生。

當(dāng)年,銥星能夠存續(xù)下來,離不開美國政府的幫扶。然而,政府訂單只占銥星收入的12%。相比之下,不斷增長的商業(yè)服務(wù),構(gòu)成了其收入的主要來源。銥星將衛(wèi)星通信服務(wù),拓展到了海運、航空、物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域中。

以航空為例,目前銥星的第一代服務(wù)已經(jīng)安裝在6萬多架飛機之上[13]。

去年,銥星又推出了新一代的Iridium Certus服務(wù),通過運行在低軌道上的衛(wèi)星星座,可提供最高704 Kbps的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。5月初,加拿大飛機制造商Bombardier,宣布將使用Iridium Certus航空服務(wù)。

而在海運端,銥星今年又剛剛收獲了中遠海運這個來自中國的大客戶。

從中可以看出,銥星的商業(yè)擴張,完全建立在全球市場的基礎(chǔ)之上。

道理其實不難理解:衛(wèi)星企業(yè)在建設(shè)星座時,向來是以地球為“基礎(chǔ)單位”。不管是銥星、星鏈,還是吉利未來出行星座,都可以給全球任何一個地點提供服務(wù)。

既然已經(jīng)劍指星辰大海,再將產(chǎn)業(yè)落地限制在少數(shù)國境線之內(nèi),格局未免小了些。

因此,早在2021年星座規(guī)劃建設(shè)初期,時空道宇便開始了海外業(yè)務(wù)的籌備工作。探索的領(lǐng)域,也不僅局限于出行。

目前,時空道宇已完成基于自有星座的手機直連衛(wèi)星通信芯片研發(fā)和流片,預(yù)計將于下半年實現(xiàn)規(guī)?;慨a(chǎn)應(yīng)用。而在自動駕駛及智能網(wǎng)聯(lián)等領(lǐng)域,時空道宇也積累了不少相關(guān)經(jīng)驗。

在杭州第19屆亞運會期間,時空道宇以航天科技賦能亞運,提供高精定位、衛(wèi)星通信、遙感AI技術(shù)支持,助力杭州舉辦智慧亞運,保障大型國際賽事出行安全。

時空道宇高精定位產(chǎn)品及服務(wù)應(yīng)用于近2000輛亞運會官方指定用車,實現(xiàn)車輛精準管理與調(diào)度,累計保障里程超200萬公里。

目前,時空道宇在全球商業(yè)化落地的核心業(yè)務(wù)模式,是與海外電信運營商進行深度的綁定和合作,為行業(yè)用戶提供從數(shù)據(jù)服務(wù)到芯片的完整解決方案。同時根據(jù)各個地區(qū)的市場需求,因地制宜地開展低軌衛(wèi)星星座相關(guān)的應(yīng)用服務(wù)。

去年,時空道宇成功在東南亞、中東、非洲等地取得了業(yè)務(wù)進展,完成了一系列戰(zhàn)略合作簽約。

例如在去年底,時空道宇與馬來西亞電信運營商Altel簽約,結(jié)合當(dāng)?shù)刎S富的港口與農(nóng)業(yè)資源,加速智慧港口、智慧農(nóng)業(yè)等解決方案的落地。

在中東、非洲等地區(qū),時空道宇已經(jīng)與當(dāng)?shù)仉娦胚\營商合作,開展手機直連衛(wèi)星通信等衛(wèi)星應(yīng)用業(yè)務(wù)。

吉利未來出行星座第三軌衛(wèi)星,計劃于今年下半年發(fā)射,屆時,時空道宇將正式開啟星座的全球應(yīng)用服務(wù)。星座第四軌衛(wèi)星將搭載手機直連衛(wèi)星通信載荷,為海量存量手機提供手機直連衛(wèi)星通信服務(wù)。

在全球商業(yè)競爭的背景上,時空道宇找到了適合自己的道路。

尾聲

時至今日,外界對于航天的認知,大多仍保留著“高精尖國家項目”的刻板印象。事實上,隨著以低軌衛(wèi)星制造及應(yīng)用、商業(yè)運載火箭等為代表的商業(yè)航天產(chǎn)業(yè)日漸成熟,游戲規(guī)則正在改變。

不論是率先起跑的美國,還是其他追趕者,都保持著“國家隊”與“民間隊”互相搭伙過日子的形式。

可以預(yù)見的是,商業(yè)航天將在未來20年的科技產(chǎn)業(yè)中,將扮演非常重要的地位。但正如前文提到,這遠沒有看上去那么簡單,很多環(huán)節(jié)都尚未跑通。不論是放衛(wèi)星,還是造火箭,都存在著海量工程難題需要克服。

盡管我國開放民間資本進入已有10年,愿意投身其中的企業(yè)仍算不上多。

因此,那些敢于探索的先驅(qū)企業(yè),值得外界更多的掌聲。因為,它們的經(jīng)驗與成果,將決定太空紅利徹底爆發(fā)的時候,中國的科技從業(yè)者能分到多少蛋糕。

參考資料

[1] 到處搶人,中國民營火箭排隊上天,南風(fēng)窗[2] SpaceX launches 20 Starlink satellites on 50th mission of the year,space.com[3] 低軌衛(wèi)星通信啟動,天地一體通信邁向6G,南京證券[4] 論高低軌道在我國未來衛(wèi)星通信中的應(yīng)用,張更新、甘仲民、牛鑫[5] 衛(wèi)星通信發(fā)展提速,星地一體未來可期,中信證券[6] 他山之石系列——衛(wèi)星通信專題(二)銥星星座商業(yè)模式分析,西南證券[7] A Heavenly Sign - The Iridium satellite story,David Vernon’s Scribbles[8] Iridium satellite phone re-launch, BBC News[9] Iridium Fails to Find a Market : Satellite Phone Misses Its Orbit,The New Yorker Times[10] 專訪時空道宇CEO王洋:目前商業(yè)衛(wèi)星最具市場前景的是衛(wèi)星制造及應(yīng)用領(lǐng)域,21世紀經(jīng)濟報道[11] 商業(yè)航天的“引擎”還能撬動什么,中國新聞周刊[12] How Iridium stays ahead in the space race,Tech Wire Asia[13] Satcom providers stand ready as Iridium introduces Certus aviation,runwaygirl network

編輯:李墨天

視覺設(shè)計:疏睿

責(zé)任編輯:李墨天

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