+ 方勇

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商業(yè)航天動(dòng)向

NASA“手機(jī)衛(wèi)星”技術(shù)轉(zhuǎn)化為“鴿群”商業(yè)衛(wèi)星項(xiàng)目

+ 方勇

美國新興商業(yè)航天企業(yè)——行星實(shí)驗(yàn)室公司利用NASA立方體衛(wèi)星的相關(guān)技術(shù)及經(jīng)驗(yàn)，成功研制出“鴿群”系列微衛(wèi)星，極大推動(dòng)了衛(wèi)星遙感技術(shù)的發(fā)展，取得良好的商業(yè)效益，其技術(shù)轉(zhuǎn)化的做法及經(jīng)驗(yàn)值得研究借鑒。

一、案例

長期以來，人造衛(wèi)星給人的印象一直是“重、大、貴”，在上世紀(jì)90年代以前，對于很多機(jī)構(gòu)來說，人造衛(wèi)星屬于“高、大、上”而遙不可及的項(xiàng)目，其昂貴的造價(jià)和發(fā)射費(fèi)用令很多機(jī)構(gòu)和公司望而卻步。由于價(jià)格昂貴，建造和運(yùn)行衛(wèi)星一直是大型公司和政府機(jī)構(gòu)的專利。由于需要制造獨(dú)一無二的電子部件，抗輻射并應(yīng)對極端溫度，抬高了其價(jià)格，更不用說衛(wèi)星發(fā)射的相關(guān)成本。以NASA先進(jìn)的太陽觀測衛(wèi)星為例，太陽能觀測者衛(wèi)星2010年發(fā)射，重6800磅，建造和發(fā)射成本約8.5億美元。即使NASA旨在鼓勵(lì)研制低成本航天器的“發(fā)現(xiàn)者”項(xiàng)目研制的衛(wèi)星，仍然超出小型公司或研究組織的價(jià)格。一顆類似衛(wèi)星，如搜集太陽粒子的“起源”衛(wèi)星，即使其采用適度的設(shè)計(jì)和任務(wù)，成本也超過1.64億美元。

但隨著小型化技術(shù)的發(fā)展，這一狀況開始有所改變。例如，2010年，NASA和國防部發(fā)射了“快速、經(jīng)濟(jì)可承受科學(xué)技術(shù)衛(wèi)星”（FASTSAT）衛(wèi)星。衛(wèi)星質(zhì)量只有約400磅，成本約1000萬美元，經(jīng)過6個(gè)月在軌試驗(yàn)，驗(yàn)證了低成本、快速組裝航天器的可行性。

NASA艾姆斯研究中心總設(shè)計(jì)師皮特·克魯帕，總是喜歡在會(huì)議中掏出其政府發(fā)給的“黑莓”手機(jī)，然后提出疑問為什么智能手機(jī)要比許多衛(wèi)星擁有更快處理能力的傳感器和更好的探測器，而且成本相對低得多，然后將智能手機(jī)重新放回口袋并繼續(xù)開會(huì)。

艾姆斯研究中心研究人員博舒依贊將克魯帕的困惑銘記在心。一次在克魯帕的講話中，博舒依贊和他的同事馬歇爾插說，他們已經(jīng)開始思考衛(wèi)星的成本問題，我們將把手機(jī)嵌入衛(wèi)星之中。

“手機(jī)衛(wèi)星” （PhoneSat）是在NASA“小航天器技術(shù)項(xiàng)目”安排下，研制的獨(dú)特的1 U立方體衛(wèi)星，采用安卓操作系統(tǒng)，開發(fā)了PhoneSat l.0和PhoneSat 2.0兩種模型。PhoneSat 1.0由HT C公司生產(chǎn)的Nexus One手機(jī)改裝，外接了無線電發(fā)送器和電池。PhoneSat2.0在性能更好的三星公司Nexus S手機(jī)上改裝，增配了雙向S波段廣播天線、三角形太陽能電池板、GPS接收機(jī)，裝配了磁力矩器和反作用輪等姿態(tài)控制機(jī)構(gòu)。NASA稱，“手機(jī)衛(wèi)星”是有史以來最廉價(jià)且最容易造的衛(wèi)星。2013年4月，首批3顆“手機(jī)衛(wèi)星”發(fā)射進(jìn)入傾角51.6°、高度250km左右的近圓軌道，主要開展遙測數(shù)據(jù)采集、利用手機(jī)攝像頭拍攝地球圖片、與“銥星”星座進(jìn)行數(shù)據(jù)通信等試驗(yàn)項(xiàng)目，3顆“手機(jī)衛(wèi)星”在軌運(yùn)行近一周。2013年11 月19日，Phonesat 2.4衛(wèi)星發(fā)射入軌。該衛(wèi)星具備無線電傳輸能力，并且能通過反作用輪控制衛(wèi)星的姿態(tài)，衛(wèi)星重約1kg，壽命2年，是首顆使用S波段無線電的PhoneSat衛(wèi)星。PhoneSat 2.5于2014年4月18日升空，測試的仍是無線電通信和定位系統(tǒng)。

2011年，參與NASA “手機(jī)衛(wèi)星”項(xiàng)目的博舒依贊、馬歇爾和阿姆斯研究中心的另外一位科學(xué)家欣格勒，離開NASA，創(chuàng)立行星實(shí)驗(yàn)室公司，重點(diǎn)研制低成本、商業(yè)現(xiàn)貨部件，用于建造更小的衛(wèi)星。博舒依贊在闡釋其衛(wèi)星建造流程時(shí)說，該公司沒有采用“阿波羅”登月計(jì)劃所采用的方法，即先開展許多系統(tǒng)設(shè)計(jì)和分析，然后建造該系統(tǒng)。我們決定采用軟件設(shè)計(jì)方法，即首先建造一個(gè)最小化的可行性樣機(jī)，然后從這里出發(fā)，開始衛(wèi)星制造工作。博舒依贊將這一理念稱為“靈敏宇航”。

在首個(gè)樣機(jī)系統(tǒng)被證明有足夠的發(fā)展前景后，該公司從風(fēng)險(xiǎn)投資融資幾乎沒遇到什么困難。2012年，行星實(shí)驗(yàn)室公司從多家投資公司為其遙感星座籌措到1300萬美元的風(fēng)險(xiǎn)資本經(jīng)費(fèi)。這筆經(jīng)費(fèi)使該公司能夠雇傭工程技術(shù)人員，并制造更多的衛(wèi)星。行星實(shí)驗(yàn)室公司研制的衛(wèi)星被稱為“鴿群”，隨后經(jīng)過反復(fù)的迭代改進(jìn)，準(zhǔn)備投入大規(guī)模部署。

2014年2月，行星實(shí)驗(yàn)室公司發(fā)射首批商業(yè)衛(wèi)星，28顆“鴿群”衛(wèi)星被從國際空間站釋放。隨后，通過部署更多衛(wèi)星，“鴿群”衛(wèi)星數(shù)量總數(shù)超過130余顆。該衛(wèi)星星座采用對陸連續(xù)開機(jī)的工作模式，無需對星上相機(jī)下達(dá)特定區(qū)域的成像指令，即可滿足用戶需求。

“鴿群”衛(wèi)星具有廣闊的市場應(yīng)用前景，私營部門迫切盼望獲得這樣的實(shí)時(shí)信息。保險(xiǎn)公司可以利用圖像信息，驗(yàn)證房主所聲稱的住房損壞情況和修復(fù)的進(jìn)展。衛(wèi)星還可用于跟蹤農(nóng)產(chǎn)品收成，并預(yù)測其產(chǎn)量。油氣公司能夠監(jiān)測油氣管道安全，手機(jī)公司可以利用衛(wèi)星圖像提高智能手機(jī)的地圖質(zhì)量。森林監(jiān)測也是目前“鴿群”衛(wèi)星的首要任務(wù)。例如，從“鴿群1”衛(wèi)星拍攝的美國某地森林圖像上能看出樹木的樹冠。谷歌公司官員通過同“谷歌地球”的圖像對比發(fā)現(xiàn)了一片被砍伐的區(qū)域。

二、案例分析

1.政府主導(dǎo)推動(dòng)小衛(wèi)星發(fā)展。美國政府高度重視小衛(wèi)星技術(shù)的軍用價(jià)值，由國防部、空軍和國家偵察局（NRO）等部門持續(xù)投入，開展相關(guān)研究。國防部“空間測試計(jì)劃”（STP）、空軍“大學(xué)納衛(wèi)星計(jì)劃”（UNP）以及NRO的“群落”計(jì)劃，都是由政府部門主導(dǎo)，科研機(jī)構(gòu)、高校和新興公司積極參與的軍用小衛(wèi)星計(jì)劃。NASA啟動(dòng)“立方體衛(wèi)星發(fā)射倡議”，利用火箭運(yùn)力余量提供小衛(wèi)星免費(fèi)搭載機(jī)會(huì)，為小衛(wèi)星技術(shù)在軌驗(yàn)證提供更多舞臺。在政府激勵(lì)下，商業(yè)小衛(wèi)星公司獲得蓬勃發(fā)展。

2.民營部門擁有技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的動(dòng)力和商業(yè)化推廣的經(jīng)驗(yàn)，且更了解民用領(lǐng)域的技術(shù)需求，只要得到NASA 的授權(quán)，日后很容易利用其商業(yè)化推廣能力，將新技術(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，并推廣應(yīng)用到其他領(lǐng)域。

3.被轉(zhuǎn)移和產(chǎn)業(yè)化的小衛(wèi)星技術(shù)，其本身具有軍民兩用特性，具有廣闊的商業(yè)應(yīng)用前景，有助于這項(xiàng)航天技術(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

4.微小衛(wèi)星采用成熟的技術(shù)和通用化、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的設(shè)計(jì)，可極大降低成本，降低衛(wèi)星技術(shù)和市場的準(zhǔn)入門檻，充分調(diào)動(dòng)了社會(huì)力量在航天技術(shù)與應(yīng)用方面的創(chuàng)新活力。

5.風(fēng)險(xiǎn)投資關(guān)注衛(wèi)星商業(yè)遙感。越來越多的風(fēng)險(xiǎn)投資公司開始對孕育改變?nèi)蛉祟惿罘绞降膭?chuàng)新型航天技術(shù)的潛力高度關(guān)注，對新興衛(wèi)星遙感企業(yè)提供資金支持。天空盒子成像公司和行星實(shí)驗(yàn)室公司等新興衛(wèi)星商業(yè)遙感公司在起步發(fā)展階段，獲得了風(fēng)險(xiǎn)投資上千萬美元的資金支持。