瞭望 | “未來我們也許會像生產汽車一樣生產衞星”

銀河航天批量研製的低軌寬帶通信衞星 銀河航天供圖

突破星座建設瓶頸

在一張張環布地球的巨大太空網絡中，衞星是構成其中的最基礎要素，衞星製造是衞星互聯網的根本。

“衞星製造成本正在不斷降低。”今年2月在合肥舉辦的空天信息與數字地球創新峯會上，中科院院士、中科院空天信息創新研究院院長吳一戎談到，當單顆衞星的製造成本降到100萬美元以內時，也將極大地降低發射成本。

目前，國際上大部分低軌衞星已可以做到在總質量不到500千克情況下，每顆成本控制在100萬美元以內。

據中國電科發展戰略研究中心戰略與規劃研究部高級工程師鄒明介紹，近年來，衞星天線系統、自主避撞系統、星敏感器等方面以及材料、工藝的技術進步，使衞星集成度更高，小型化、模塊化、批量化成為可能，極大降低了衞星體積、質量和製造成本，縮短了生產週期。

在上海松江，一個年產300顆衞星的生產線正在建設。上海航天技術研究院副院長李昕對《瞭望》新聞週刊記者説，現在國內衞星嘗試流水線生產，將為今後高效批量生產衞星奠定基礎，“未來我們也許會像生產汽車一樣生產衞星”。

2021年初，國內的銀河航天就啓動了衞星小批量研製工作，不到一年時間，就完成小批量衞星的全部設計、總裝、測試、試驗和出廠工作，這是中國首次成批量研製低軌寬帶通信衞星。

今年初，銀河航天的6顆低軌寬帶通信衞星順利下線，完成出廠評審，運抵發射場。銀河航天擬通過該批衞星構建可以提供寬帶通信服務的衞星互聯網試驗網絡，為大規模組網應用積累經驗。

即便如此，產能依然是中國低軌衞星製造需要突破的瓶頸之一。低軌道星座建設需要在較短時間內建造成百上千顆衞星，對產能要求高。國內一些實力雄厚的衞星工廠正在建設的具備每月生產30顆小型衞星的生產線，已經接近英國“一網”公司產能，但和太空探索技術公司每月120顆相比仍有差距。

從地面到空間，大規模星座工程建設面臨全新挑戰。在建設經驗方面，北斗衞星定位導航是中國目前在軌規模較大的星座系統，積累了衞星、運載火箭中等規模批產批次發射經驗，也具備長期管理、異常處置等在軌管理能力。然而，專家認為，同北斗系統相比，衞星互聯網星座系統規模更大、功能更復雜，目前中國還缺少數百顆甚至上千顆衞星所構成星座的建設經驗。

星座建設的投入也不容忽視。國內低軌衞星星座建設主體齊全，但研究部門從已規劃的星座建設需求測算，預計投入規模將超過800億元，這是一筆巨大的前期投入。此外，按單星設計壽命5年計算，即便星座組網成功，維持星座運營還需要不停發射補網衞星，預計每年補網硬投入也在百億元左右。

中國電科發展戰略研究中心工程師吳明閣等專家認為，國外發展衞星互聯網星座的多是商業部門，追求的是互聯網接入帶來的巨大經濟利益。但衞星互聯網星座除商業用途之外，不應忽視其具有的公益屬性。因此，構建可實現資源共享的衞星互聯網星座，走出一條具有中國特色的建設之路，需要儘快破題。

衞星發射能力不斷增強

衞星發射在低軌星座建設成本中比重較大，如果沒有高效、充足的太空發射能力，大規模星座建設難以實現。

太空發射有賴於火箭技術的進步。在國際上，最新的可重複利用火箭技術已大幅降低了發射成本，提升了大規模星座建設效率。來自相關國際大公司的實踐表明，在實現火箭回收重新利用之前，每次發射費用在數千萬美元；而實現火箭回收可重複利用後，單次發射成本平均可望降至600萬美元。

對火箭而言，“大推力”和“低成本”相輔相成。上海航天技術研究院產業發展部副部長陳昌敢認為，在這兩方面，目前較成功的技術案例是太空探索技術公司的“獵鷹9”火箭。

早在2018年2月，太空探索技術公司就以一枚“獵鷹9”火箭將一顆西班牙衞星送入軌道，同時還將該公司衞星互聯網項目首批原型衞星送入太空，為搭建由上萬顆衞星組成的“星鏈”做準備。

有分析指出，“獵鷹9”火箭將其太空運費削減到每千克2600美元，同20年前的運費相比下降了四分之三。下一代“獵鷹”重型運載火箭有可能把成本進一步降至每千克1500美元。“獵鷹9”火箭具備一箭搭載60星能力，其下一代重型運載火箭的設計能力為每次可將400顆“星鏈”衞星送至相應軌道，發射成本將降至原來的五分之一。

其他的方法也在探索之中。在英國，維珍銀河公司設計的做法是，由白騎士特種飛機將發射者火箭帶到離地面15千米高度後，再由發射者火箭點火將小型衞星帶到近地軌道。如此一來，發射費用可以做到只有太空探索技術公司報價的六分之一。

“一箭多星”和可重複利用火箭技術在中國太空發射領域同樣方興未艾。

在以長征系列運載火箭為主的中國航天運輸系統中，多種運載火箭可“一箭多星”。今年2月，長征八號運載火箭在文昌成功將22顆衞星發射升空，創造中國“一箭多星”新紀錄。

可重複的液體燃料火箭燃料成本最低僅為固體燃料的二百分之一，雖然目前尚無發射記錄，但隨着可重複商業火箭的關鍵技術近期不斷取得突破，國內可重複的液體燃料商業運載火箭首飛時間也未來可期。

“推力決定運載能力，國內的火箭噸位與國際巨頭相比有差距。”李昕説。在剛剛過去的2021年，美國共完成了51次航天發射，發射載荷總質量403.34噸，超過其他各國總和。中國執行55次發射任務，次數居世界首位，但總質量不足美國一半。

衞星發射還需要準備好的是發射場——航天器進入空間的最後一站。

《2021中國的航天》白皮書指出，酒泉、太原、西昌發射場適應性改造全面完成，酒泉發射場新增液體火箭商業發射工位，文昌航天發射場進入業務化應用階段，基本建成沿海內陸相結合、高低緯度相結合、各種射向範圍相結合的航天發射格局，能夠滿足包括各類衞星在內的多樣化發射需求。

中國海上發射也有了新的突破。2021年，海上發射平台投入使用，填補了中國海上發射火箭的空白。從理論上看，隨着低傾角衞星的需求越來越旺盛，衞星發射距離赤道越近，運載能力損失就越小，發射成本也就越低，選擇機動性更強的海上發射，值得重視。

據陳昌敢等專家觀察，綜合現有發射計劃，未來3年剩餘工位總運載能力仍存不足，還不能充分滿足衞星互聯網星座大規模發射任務需求。中關村領創商業航天產業發展聯盟、錢學森空間技術實驗室發佈的《中國商業航天產業研究報告（2021年）》指出，隨着商業火箭型號的發展，當前發射場能力難以滿足民商航天發射需求。

國家“十四五”規劃明確提出，要“打造全球覆蓋、高效運行的通信、導航、遙感空間基礎設施體系，建設商業航天發射場”，因此規劃建設民商發射場或發射工位，豐富發射場資源正當其時。

星圖地球GEOVIS Earth視角下的海南三亞 受訪者供圖

星間通信技術逐漸成熟

隨着低軌互聯網衞星星座的加速建設，星間通信的話題也逐漸被提上日程。

從衞星互聯網產業鏈看，衞星通信系統由空間段、地面段、用户段組成。空間段包括衞星製造、衞星發射、星座建設等環節。地面段指衞星地面關口站、地面衞星控制中心、指令站等，可以完成衞星網絡與地面網絡的連通，分配資源並計費。用户段指的是各種用户終端，包括車載、機載、船載終端以及手機、電腦等移動終端。

研究資料顯示，基於毫米波、激光通信的星際鏈路等星間通信技術逐漸成熟，可以實現星座天基組網，既減少了地面站數量，也降低了通信時延。在關鍵的用户終端相控陣技術方面，近年來國內也出現了一批民營企業。

合肥若森智能科技有限公司總經理桂萬如對記者説，大規模天線陣列和波束成形技術逐步成熟，大幅提升了終端性能，減少了體積、功耗和成本，進一步推動終端小型化。國際上，可移動終端也在研製中。不過，衞星互聯網所需的快速跟蹤、高集成和低成本相控陣天線，以及新型高集成基帶芯片、地面核心網產品和運控管理系統等，國內尚無成熟產品，需儘快部署研製。

專家表示，從供應鏈看，中國星間通信在基礎材料、軟硬件核心零部件等方面仍有一定依賴，如何增強供應鏈的自主可控，是接下來要重點研究的問題。

另一個值得關注的事是，在地面移動通信標準化演進中，中國實現3G跟隨、4G趕超、5G領跑，為衞星互聯網標準化的突破提供了技術基礎和實施經驗。而中國的相關標準化機構尚未全面開展衞星互聯網標準化等相關工作，對國際衞星電視廣播標準、第三代合作伙伴計劃非地面網絡標準的跟蹤和參與還有所不足。

讓衞星互聯網應用場景直接觸達C端，是無數“星網人”的夢想。抬首問天，星河燦爛。征途漫漫，未有窮期……■