● 文 | 全圖通位置網(wǎng)絡有限公司 中國科學院光電研究院 藺陸洲鄧平科

在共享經(jīng)濟蓬勃發(fā)展的今天，共享的概念也開始滲入到航天領域，從而引發(fā)了廣泛的討論。本文針對共享衛(wèi)星的理論和實踐，從概念辨析入手，分析共享衛(wèi)星的現(xiàn)實需求和技術上的可行性，為共享衛(wèi)星的發(fā)展提供借鑒和參考。

一、共享衛(wèi)星的概念

隨著共享經(jīng)濟作為一種商業(yè)模式在全球范圍內的成功和擴散，不僅拉開了各種資源進行共享的序幕，更是宣告了共享經(jīng)濟的崛起。在共享經(jīng)濟蓬勃發(fā)展的影響下，很多人開始探討航天領域的共享經(jīng)濟，提出了共享衛(wèi)星的概念。

1.共享衛(wèi)星的內涵和外延

共享衛(wèi)星是以釋放未充分使用的衛(wèi)星資源為核心理念，通過建立平臺為主要手段，提高衛(wèi)星的使用效益，提升衛(wèi)星用戶的競爭力和專業(yè)化程度。

共享衛(wèi)星的理論思想來源于共享經(jīng)濟相關的交易成本理論、協(xié)同消費理論和多邊平臺理論。綜合國內外現(xiàn)有對共享經(jīng)濟的研究，從共享經(jīng)濟的驅動因素、共享經(jīng)濟的影響評估、共享服務與傳統(tǒng)服務的異同、共享經(jīng)濟企業(yè)的商業(yè)模式等方面分析，可以梳理出共享衛(wèi)星需要具備一些基礎性的要素特征。[1]首先，在衛(wèi)星使用的理念上，需要釋放衛(wèi)星未能充分使用的價值（即閑置的衛(wèi)星資產），共享衛(wèi)星的需求方更多的是使用衛(wèi)星，而非擁有衛(wèi)星，并不強調獲得衛(wèi)星的所有權。其次，為了支撐共享衛(wèi)星的使用，需要以建設共享平臺為主要手段，解決信息不對稱的問題。通過平臺匯聚衛(wèi)星資源，同時也匯集衛(wèi)星的使用需求，從而為供求雙方建立便捷的聯(lián)系，降低交易成本、擴大交易范圍，甚至創(chuàng)造新的需求。最后，共享衛(wèi)星的關鍵是創(chuàng)新應用，通過創(chuàng)新提高使用效益，改變現(xiàn)有衛(wèi)星服務供給不足的現(xiàn)狀，提高供給方和需求方在衛(wèi)星應用上的競爭力和專業(yè)化程度。[2]

具體而言，共享衛(wèi)星將在時空和功能兩個層面提供服務。一方面，共享衛(wèi)星的時空資源可以提供共享服務。環(huán)繞地球飛行的衛(wèi)星在其軌道的覆蓋范圍內、全球的不同地域都可以使用衛(wèi)星，而不是局限于部分國家和地區(qū)。而且，共享衛(wèi)星可以將固定在部分供應商手中的衛(wèi)星時間提供給不同的需求方使用。另一方面，共享衛(wèi)星的功能可以提供共享服務。需求方通過不同的方式使用載荷，實現(xiàn)衛(wèi)星功能的共享，提高衛(wèi)星的利用率。例如，針對某方面的固定用戶，低軌道衛(wèi)星的共同缺點是每次重返的周期都很長，而有效工作時間則很短。如果能將衛(wèi)星的空間、時間和功能提供給不同的需求方使用，可以擴展衛(wèi)星的應用地域、提高衛(wèi)星的有效工作時間、實現(xiàn)衛(wèi)星的多種任務應用，進而提高衛(wèi)星的整體利用率。

2. 共享衛(wèi)星的發(fā)展現(xiàn)狀

共享衛(wèi)星目前在機制建設、標準規(guī)范和商業(yè)模式方面進行了探索。第一，在機制建設方面，共享衛(wèi)星對衛(wèi)星數(shù)據(jù)資源進行共享。通過建立分布式共享機制的方式，力圖解決目前大量衛(wèi)星資源難以高效使用的問題。[3]比如，教育機構通過加入平臺享受衛(wèi)星服務。[4]第二，在標準規(guī)范方面，共享衛(wèi)星主要是針對衛(wèi)星數(shù)據(jù)產品的海量性、多源性、異構性、應用復雜性等特點，嘗試建立衛(wèi)星數(shù)據(jù)產品的標準規(guī)范，為數(shù)據(jù)產品的高效、廣泛應用奠定基礎，滿足用戶的多樣性需求。[5]第三，在商業(yè)模式方面，共享衛(wèi)星以金融分時租賃為商業(yè)模式。比如，為天文愛好者們提供分時租用的搭載光學天文望遠鏡的衛(wèi)星。[6]

3.共享衛(wèi)星的作用和意義

應用，是航天的出發(fā)點和落腳點。共享衛(wèi)星的首要問題是解決衛(wèi)星應用的問題，以更快捷、更靈活、更便利的方式，向用戶提供衛(wèi)星服務。首先，從共享衛(wèi)星的應用對象而言，需要盡力擴大用戶群體，不能將用戶對象限制在部分群體，而且只有龐大的用戶群體才能真正支持共享衛(wèi)星的產業(yè)化發(fā)展。如果僅將航天愛好者、中小學生這類規(guī)模較小的群體作為共享衛(wèi)星的主要使用對象，顯然不足以支撐整個共享衛(wèi)星產業(yè)的發(fā)展，更不可能帶來整個航天產業(yè)的顛覆性變化。龐大的用戶群體是牽引航天產業(yè)發(fā)展的根本動力。其次，從共享衛(wèi)星的應用領域而言，衛(wèi)星應用商業(yè)化的成功關鍵在于掌握市場需求，或者創(chuàng)造應用場景進而演化成為市場需求。共享衛(wèi)星需要擴展現(xiàn)有的衛(wèi)星應用領域，培育用戶需求，逐步形成由需求驅動的共享衛(wèi)星發(fā)展動力，進而帶動衛(wèi)星產業(yè)和商業(yè)航天的發(fā)展。

二、共享衛(wèi)星的需求分析

目前蓬勃發(fā)展的商業(yè)航天有可能會吸引越來越多的新用戶，但是航天產業(yè)所固有的高投入和高風險特性，仍然會將很多潛在用戶拒之門外。自2015年以來，雖然中國發(fā)射的衛(wèi)星數(shù)量在快速增加，但是經(jīng)過初步的研究和統(tǒng)計可以發(fā)現(xiàn)，衛(wèi)星的工作時間并沒有以相同的比例增加，很多衛(wèi)星在軌時都處于空閑狀態(tài)，部分衛(wèi)星的有效工作時長甚至不到40分鐘，這是一個極大的資源浪費。從另一個角度來看，衛(wèi)星的低利用率也是一個巨大的商業(yè)機會。在時下共享經(jīng)濟火熱的環(huán)境中，如果能夠將衛(wèi)星的工作空余時間租賃給那些真正有需要，卻礙于資金、技術等原因，無法使用衛(wèi)星的企業(yè)和研究機構，一方面可以提高衛(wèi)星的利用率，另一方面則可以增加衛(wèi)星的商業(yè)價值。

1.需求對象分析

在商業(yè)航天的發(fā)展過程中，科研院所、企業(yè)和普通大眾對衛(wèi)星應用提出了有別于傳統(tǒng)衛(wèi)星應用的新需求。

第一，科研院所需要利用衛(wèi)星開展實驗。相對于傳統(tǒng)航天的實驗而言，部分科研院所希望在有限科研經(jīng)費限制的條件下，利用衛(wèi)星開展新應用領域的實驗。例如在無人駕駛領域，需要利用衛(wèi)星進行智能駕駛高精度定位的差分信息播發(fā)實驗，確定在車路協(xié)同中對衛(wèi)星通信和導航的需求，但是衛(wèi)星實驗的開展卻存在科研經(jīng)費有限和技術支撐不足的困難。通過共享衛(wèi)星的合作平臺，可以建立新的合作機制，通過技術應用單位的支持，為存在類似情況的科研院所提供全新的衛(wèi)星實驗服務。

第二，企業(yè)需要衛(wèi)星定制服務。新商業(yè)航天促使部分企業(yè)希望購買衛(wèi)星服務。但是對于很多企業(yè)而言，衛(wèi)星服務與其應用領域緊密結合，具有特定環(huán)境和條件的定制化需求，而且企業(yè)對“投入-產出”的費效比要求較高。比如，在高精度導航定位領域，部分企業(yè)希望為其產品提供衛(wèi)星增強信號的播發(fā)服務。但是隨著地基增強網(wǎng)的建設和5G通信的研發(fā)與部署，企業(yè)僅需要2～3年的服務時間。如果企業(yè)自行發(fā)射衛(wèi)星或者租賃現(xiàn)有通信衛(wèi)星的轉發(fā)器，則難以實現(xiàn)成本控制。通過共享衛(wèi)星的商業(yè)模式，可以滿足企業(yè)快速占領市場、快速形成服務能力、快速實現(xiàn)技術迭代的需求。

第三，方興未艾的大眾衛(wèi)星用戶。當前衛(wèi)星應用的一大問題在于缺少直接面向大眾的應用。除衛(wèi)星導航定位和衛(wèi)星電視廣播以外，普通大眾沒有感受到自己在使用航天技術。其中的主要原因在于衛(wèi)星與大眾用戶沒有產生交互式的應用體驗，用戶體驗感很差。共享衛(wèi)星的發(fā)展重點就在于構建應用場景，創(chuàng)造大眾用戶的需求，促進普通的大眾用戶與衛(wèi)星發(fā)生直接聯(lián)系。

2.需求功能分析

共享衛(wèi)星在功能需求方面，以應用的碎片化和標準化整合需求，將衛(wèi)星的功能和技術節(jié)點化，服務菜單化和視窗化，降低共享衛(wèi)星的使用門檻，最終實現(xiàn)面向用戶的對接。

第一，共享衛(wèi)星要求整合功能需求。一方面是化整為零，主要通過應用時段或應用內容的碎片化，分時段使用衛(wèi)星和數(shù)據(jù)，將衛(wèi)星應用服務化整為零進行銷售，所有的衛(wèi)星服務和數(shù)據(jù)實現(xiàn)可重復銷售，降低衛(wèi)星應用成本。另一方面是化零為整，整合不同領域的同類需求，對類似需求進行打包銷售，使得需求方可以聯(lián)合購買某類衛(wèi)星應用服務，降低衛(wèi)星應用的門檻，實現(xiàn)針對同類需求銷售的化零為整。共享衛(wèi)星進入激烈競爭的商業(yè)航天市場，首先需要降低衛(wèi)星應用的成本，提高商業(yè)收益。

第二，共享衛(wèi)星要求拆分功能和技術。衛(wèi)星應用是整合了多種技術的綜合工程，需要將相關功能和技術進行拆分，形成功能和技術的節(jié)點，將拆分的功能和技術應用到不同的場景中，實現(xiàn)衛(wèi)星在其他領域的應用，提高衛(wèi)星應用的銷量。與衛(wèi)星應用的節(jié)點化相配套，面向非航天領域的用戶提供服務。共享衛(wèi)星需要將所能提供的服務形成列表，實現(xiàn)服務的菜單化和視窗化，以便衛(wèi)星的非專業(yè)需求方能夠與相關功能進行對標，快速發(fā)掘衛(wèi)星應用的合作切入口。

看到共享衛(wèi)星的市場需求，不少公司已經(jīng)開始行動。其中，全圖通位置網(wǎng)絡有限公司在2018年1月19日已經(jīng)發(fā)射了首顆通導遙一體化共享衛(wèi)星。未來，共享衛(wèi)星需要尋找一個規(guī)模較大的成熟市場，將市場需求與衛(wèi)星應用的功能和技術節(jié)點進行對標分析，如果發(fā)現(xiàn)某項功能和技術可以大幅提高生產過程效率、場景使用效率或者資金使用效率，就可以以此功能或技術為生存基點，將衛(wèi)星應用快速轉化為盈利，之后不斷壯大該盈利點的市場占有率。最后，衍生由近至遠的科技生態(tài)鏈，將更多的功能和技術加入到需求中，最終實現(xiàn)營銷返哺研發(fā)。

三、共享衛(wèi)星的技術創(chuàng)新

傳統(tǒng)航天的衛(wèi)星研制追求高性能和可靠性，在設計上條塊分割，衛(wèi)星功能較為單一。為滿足商業(yè)航天的新需求，共享衛(wèi)星要求提高衛(wèi)星的集成度和通用性，實現(xiàn)衛(wèi)星的柔性化、智能化和芯片化。

1.衛(wèi)星功能的柔性化

傳統(tǒng)衛(wèi)星的設計和生產大多是面向特定任務，衛(wèi)星功能較為固定和單一。衛(wèi)星所包含的遙測遙控分系統(tǒng)、星務分系統(tǒng)、載荷分系統(tǒng)、數(shù)傳分系統(tǒng)等多個部組件都由不同單位或者部門開發(fā)，無法實現(xiàn)資源共享或者功能替代，大部分功能必須通過硬件完成，需要定制開發(fā)，然后再進行大量的調試、測試、聯(lián)試，這就使得衛(wèi)星研制成本高且研制周期長，而且衛(wèi)星一旦發(fā)射入軌，就不能改變其技術體制和功能。[7]共享衛(wèi)星擁有多樣化的用戶群體和應用需求，衛(wèi)星需要實現(xiàn)功能的柔性化。首先是具備高度的通用性，集合通信、導航和遙感的功能，便于用戶的使用。其次是通過軟件定義衛(wèi)星的方式，在技術快速迭代進步的條件下，實現(xiàn)衛(wèi)星功能的復用、擴展與升級，增加衛(wèi)星的靈活性并控制成本，更好地滿足新應用場景的需求。

2.衛(wèi)星在軌維護的智能化

通過提高衛(wèi)星在軌的自主健康管理，減少人工管理的投入，降低共享衛(wèi)星的在軌維護成本。對航天系統(tǒng)而言，壽命周期花費、安全性、可靠性和生產力是健康管理系統(tǒng)強調的最顯著的性能。由于衛(wèi)星在軌控制技術現(xiàn)有的困難，在軌維護占用了衛(wèi)星生命周期費用中的大部分。一顆衛(wèi)星的遙控、遙測和數(shù)據(jù)傳輸工作需要耗費近20人/小時的工作量?；陬A測或實時監(jiān)測技術的智能化衛(wèi)星在軌自主管理系統(tǒng)，可以在減少衛(wèi)星壽命周期花費的同時保持其可靠性?？煽啃院途S護費用有著直接的關系，并與衛(wèi)星系統(tǒng)的安全性有著間接的關系。[8]通過智能化的衛(wèi)星在軌自主健康管理系統(tǒng)，可以有效降低衛(wèi)星系統(tǒng)的維護成本，提高共享衛(wèi)星在商業(yè)航天市場的競爭力。

3.衛(wèi)星載荷的芯片化

共享衛(wèi)星需要將多種航天元器件的功能集合在芯片上，通過芯片化的方式提高衛(wèi)星的可靠性并降低衛(wèi)星的研制成本。目前衛(wèi)星很多單機不能芯片化，主要原因在于國內商業(yè)航天處于起步階段，對技術進步存在迫切要求，并不重視成本控制，導致衛(wèi)星總體對單機的性能指標要求過高。這一現(xiàn)象直接導致了衛(wèi)星芯片工程化過程中的成本不可控。共享衛(wèi)星的未來發(fā)展，必須根據(jù)最終用戶的需求，以市場化方式適當降低某些指標，將射頻模塊研制為通用模塊，將衛(wèi)星的體積、重量、功耗降到最低，實現(xiàn)衛(wèi)星的高可靠性、低成本化和在軌長時間服務。衛(wèi)星芯片化的最大困難并不是技術實現(xiàn)而是衛(wèi)星最終的用戶數(shù)量，必須盡可能多地合并衛(wèi)星用戶需求，形成一定的數(shù)量需求才能統(tǒng)一流片，徹底解決衛(wèi)星組批生產中不可復制和低可靠性的問題。

四、共享衛(wèi)星的未來

未來共享衛(wèi)星的發(fā)展取決于系統(tǒng)架構的設計、商業(yè)模式的創(chuàng)新、衛(wèi)星技術的進步和政策環(huán)境的支持。

1.系統(tǒng)架構設計

共享衛(wèi)星運行的核心是建立以數(shù)據(jù)處理為核心的平臺。平臺在供應端整合資源。通過研制、發(fā)射和運營自有衛(wèi)星，同時整合現(xiàn)有的衛(wèi)星和數(shù)據(jù)資源，以靈活的機制將衛(wèi)星應用集中到工作平臺。在平臺的需求端挖掘需求。針對商業(yè)用戶和個人消費者用戶的不同特點建設應用場景，在應用場景的基礎上，創(chuàng)造性地增加衛(wèi)星應用需求。以用戶需求為牽引，最終形成以平臺為載體，對接衛(wèi)星應用資源和用戶需求的共享衛(wèi)星系統(tǒng)性架構。在共享衛(wèi)星系統(tǒng)的建設過程中，建立以數(shù)據(jù)處理為中心的工作平臺并不困難。在目前用戶需求并不明確的商業(yè)航天環(huán)境下，最具挑戰(zhàn)性的部分是以創(chuàng)造性手段挖掘用戶需求。其次，共享衛(wèi)星需要先進技術和設計理念的支持，滿足挖掘出的用戶新需求。

2.商業(yè)模式創(chuàng)新

共享衛(wèi)星的發(fā)展需要航天企業(yè)轉變創(chuàng)造價值的邏輯。首先，航天企業(yè)需要結合新的產業(yè)領域，以共享衛(wèi)星為載體，提供全新的航天產品和航天服務，或者以前所未有的方式提供已有的航天產品和航天服務。傳統(tǒng)航天認為開發(fā)新的產品或者新的工藝就是創(chuàng)新，但是在服務為主導的時代，共享衛(wèi)星創(chuàng)新的核心是服務的內容、服務的方式以及企業(yè)組織的形態(tài)，涉及的是更為系統(tǒng)和根本的多要素更迭。其次，航天企業(yè)需要通過共享衛(wèi)星在業(yè)績方面擁有更好的表現(xiàn)，以更低的成本、更強的盈利能力參與競爭，形成獨特的競爭優(yōu)勢。傳統(tǒng)航天企業(yè)往往是從自身技術的特性與功能出發(fā)，尋找技術的潛在市場。而共享衛(wèi)星需要更加注重從用戶角度設計產品和服務，其出發(fā)點是如何從根本上為用戶創(chuàng)造價值，考慮如何有效滿足用戶需求。共享衛(wèi)星要求從需求的層面思考和設計企業(yè)行為，視角更為外向和開放。從最終的結果來看，共享衛(wèi)星的商業(yè)模式創(chuàng)新將開創(chuàng)一個全新的可贏利的產業(yè)領域。即便提供的是已有的產品或服務，也將為航天企業(yè)帶來持久的盈利能力和競爭優(yōu)勢。

3.衛(wèi)星技術進步

目前國內針對衛(wèi)星的重復研發(fā)非常普遍，極大地浪費了人力、物力和財力。共享衛(wèi)星以柔性化設計使得衛(wèi)星具備在軌軟件重新定義能力，以智能化設計使得衛(wèi)星具備在軌自主健康管理的能力，以芯片化的研制理念將地面成熟的技術芯片化后應用在衛(wèi)星上實現(xiàn)單機的模塊化和芯片化。共享衛(wèi)星在技術實現(xiàn)的方式上高度關注最終用戶的需求。第一，堅持拿來主義，以充分驗證的成熟技術為基礎。核心元器件采用國產專用芯片，對衛(wèi)星平臺進行系統(tǒng)級的一體化設計，集成包括測控射頻和基帶、星載計算機、DCDC模塊等設備，根據(jù)任務需求盡可能固化芯片的絕大部分設計，僅保留少數(shù)參數(shù)設置，支持在軌關鍵參數(shù)的重構，芯片內部模塊可降低到工業(yè)級，提高底層元器件的可獲得性，大幅降低衛(wèi)星的體積、重量和功耗。第二，堅持資源社會化的組織模式，大量外協(xié)工程任務。引入標準的VPX系統(tǒng)架構，采用標準化的流水線生產衛(wèi)星，統(tǒng)一模塊對外總線接口和電源接口，最大限度合并同類項，減少前期元器件齊套、整機總裝調試整試和后期驗證測試環(huán)節(jié)，最大限度壓縮衛(wèi)星的研制周期?？傊?，通過頂層設計標準化、底層單機模塊化和芯片化，通過合并同類項的系統(tǒng)優(yōu)化，最終提升共享衛(wèi)星的可靠性并降低衛(wèi)星的成本。

4.政策環(huán)境支持

共享衛(wèi)星的發(fā)展需要國家逐步開放航天領域，通過國家軍民融合戰(zhàn)略和航天強國戰(zhàn)略的實施，創(chuàng)造與共享衛(wèi)星應用相配套的政策環(huán)境。2014 年國務院首個支持商業(yè)航天發(fā)展的政策中明確規(guī)定：“鼓勵民間資本進入衛(wèi)星研制、發(fā)射和運營的全過程，并向全社會主體開放商業(yè)遙感衛(wèi)星、通信衛(wèi)星和導航衛(wèi)星應用領域。”[9]以此為契機，在未來國家航天相關法律、法規(guī)的編制過程中，明確支持“衛(wèi)星數(shù)據(jù)資源共享、地面設施共用、商業(yè)衛(wèi)星PPP的模式”，[10]將共享衛(wèi)星發(fā)展所需的政策環(huán)境納入法律體系框架的支持、保障和保護中。具體而言，需要國家的政策環(huán)境在三個方面對共享衛(wèi)星進行支持。第一，需要在保障國家任務進度和保障核心技術秘密的前提下，全面開放國家公共航天資源，支持共享衛(wèi)星的發(fā)展；第二，將共享衛(wèi)星發(fā)展所需的基礎性航天資源，從國有企業(yè)剝離，納入國家公共航天資源向所有航天企業(yè)開放；第三，保障民營企業(yè)運營的共享衛(wèi)星可以平等參與行業(yè)競爭，對優(yōu)秀民營企業(yè)參與的商業(yè)航天競爭給予實質性支持。

在美國太空探索技術公司（SpaceX）成功發(fā)射獵鷹9號重型火箭的刺激下，針對中國商業(yè)航天的討論愈發(fā)激烈。但是在火箭技術上，中國與美國之間還存在著較大差距。[11]應用，是航天的出發(fā)點和落腳點。中國應該避免落入戰(zhàn)略模仿的陷阱，在運載火箭技術之外， 可以嘗試從衛(wèi)星應用著手，通過共享衛(wèi)星的實踐另辟蹊徑，尋求突破現(xiàn)有商業(yè)航天模式的機遇。

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