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今日: 6 主题: 77 回复: 593版主:warmonkey

航天驭星(公司)是“少年星一号”的测控总体负责单位。2月3日00:56,航天驭星成功利用位于北京的测控站接收到遥测数据,确认卫星状态良好。同时利用位于海南文昌中学、东莞科技馆、安徽太和三中的分站获取更多遥测数据,为卫星状态监测与健康分析提供更多依据。 值得一提的是,航天驭星自建的宁夏中卫站也积极参与了任务。在首圈仰角仅为2.2度的情况下,成功捕获并解调了遥测信号,完成了计划的测控任务。通过少年星的测控服务,成功验证了宁夏中卫站的性能。据“少年星”测控总师冯贵年博士介绍:截止2月3日12时,中卫站采取全自动无人值守运行,已经成功跟踪了三个圈次。 图:测控总部 相关消息 北京航天驭星科技有限公司自主研发、覆盖全国的新一代商业卫星测控数传一体化网络——“驭网”的建设连续取得重大突破。公司建成了具有自主知识产权的我国首个集U/V/S/X频段于一体的测控数传一体化商业卫星地面站——“驭眼”,完成了“驭网”配套测运控软件系统的开发,并与欧洲商业卫星测控公司Leaf Space达成了地面站合作意向。 北京航天驭星科技有限公司专注于提供高性价比、高可靠、便捷的卫星测控服务。为尽早实现24小时内6小时以上测控服务的阶段性目标,2017年下半年,航天驭星加快了测控网的建设和卫星测控地面站的全球布局,3套地面站同时开工建设并积极寻求与国外卫星测控公司合作。 在中卫市政府的支持下,航天驭星取得了“驭眼”地面站建设一期43亩土地的使用权。此外,航天驭星也顺利完成了“驭网”配套的测运控软件的开发,正式部署在北京总部。预计2017年12月,航天驭星将正式建成首个覆盖我国全境的商业卫星测控网——“驭网”,覆盖全中国、亚洲大部分地区,以及欧洲全境。 2017年10月24日,航天驭星邀请意大利Leaf Space公司CTO Pandolfi先生来华洽谈技术与商务合作。洽谈期间,双方就世界范围内的商业卫星测运控难点、痛点进行讨论。航天驭星和Leaf Space达成战略合作共识,将“驭网”的测运控范围延伸到欧洲全境,以满足商业航天测运控的迫切需要。 10月25日,Pandolfi先生参观了航天驭星位于中卫的“驭眼”地面站。航天驭星工程师演示了中卫地面站跟踪卫星、捕获信号、解调数据、站控管理、卫星轨迹预测、三维显示等功能,并介绍了中卫测控地面站主要性能指标。双方已达成合作意向,共同打造具有国际视野的卫星测控地面网络。 2018年的1月2日,哈尔滨气温-26°,驭星的勇士们为了给某卫星用户提供保障,经过三天的加班加点终于完成了卫星地面站的主体工程,这也是公司在中华大地的又一颗“驭眼”!随后,驭星科技将完成配套的测运控管理软件“驭网”、卫星测控与数据服务一体化的云平台接入,并在哈工大S频段的基础上改进优化增加X频段。 该卫星地面站是集U/V频段于一体的测控数传一体化商业卫星地面站。2017年8月,驭星科技与哈尔滨工业大学签署了战略合作协议,双方共同致力于推进卫星通信与测控、商业航天、遥感数据处理、卫星大数据、人才培训等领域。该地面站就建设在哈工大校园内。 商业航天产业的快速发展,有赖于低成本、高可靠、便捷的测运控基础设施。航天驭星将全力打造以“驭网”、“驭眼”为核心的卫星天地通信“高速公路”,助力商业航天产业的大爆发。 (本文综合自航天驭星公众号,不代表太空来电观点) 2.jpg 129k

航天驭星(公司)是“少年星一号”的测控总体负责单位。2月3日00:56,航天驭星成功利用位于北京的测控站接收到遥测数据,确认卫星状态良好。同时利用位于海南文昌中学、东莞科技馆、安徽太和三中的分站获取更多遥测数据,为卫星状态监测与健康分析提供更多依据。 (附件:279702) 值得一提的是,航天驭星自建的宁夏中卫站也积极参与了任务。在首圈仰角仅为2.2度的情况下,成功捕获并解调了遥测信号,完成了计划的测控任务。通过少年星的测控服务,成功验证了宁夏中卫站的性能。据“少年星”测控总师冯贵年博士介绍:截止2月3日12时,中卫站采取全自动无人值守运行,已经成功跟踪了三个圈次。 图:测控总部 (附件:279709) 相关消息 北京航天驭星科技有限公司自主研发、覆盖全国的新一代商业卫星测控数传一体化网络——“驭网”的建设连续取得重大突破。公司建成了具有自主知识产权的我国首个集U/V/S/X频段于一体的测控数传一体化商业卫星地面站——“驭眼”,完成了“驭网”配套测运控软件系统的开发,并与欧洲商业卫星测控公司Leaf Space达成了地面站合作意向。 北京航天驭星科技有限公司专注于提供高性价比、高可靠、便捷的卫星测控服务。为尽早实现24小时内6小时以上测控服务的阶段性目标,2017年下半年,航天驭星加快了测控网的建设和卫星测控地面站的全球布局,3套地面站同时开工建设并积极寻求与国外卫星测控公司合作。 在中卫市政府的支持下,航天驭星取得了“驭眼”地面站建设一期43亩土地的使用权。此外,航天驭星也顺利完成了“驭网”配套的测运控软件的开发,正式部署在北京总部。预计2017年12月,航天驭星将正式建成首个覆盖我国全境的商业卫星测控网——“驭网”,覆盖全中国、亚洲大部分地区,以及欧洲全境。 (附件:279705) 2017年10月24日,航天驭星邀请意大利Leaf Space公司CTO Pandolfi先生来华洽谈技术与商务合作。洽谈期间,双方就世界范围内的商业卫星测运控难点、痛点进行讨论。航天驭星和Leaf Space达成战略合作共识,将“驭网”的测运控范围延伸到欧洲全境,以满足商业航天测运控的迫切需要。 (附件:279706) 10月25日,Pandolfi先生参观了航天驭星位于中卫的“驭眼”地面站。航天驭星工程师演示了中卫地面站跟踪卫星、捕获信号、解调数据、站控管理、卫星轨迹预测、三维显示等功能,并介绍了中卫测控地面站主要性能指标。双方已达成合作意向,共同打造具有国际视野的卫星测控地面网络。 2018年的1月2日,哈尔滨气温-26°,驭星的勇士们为了给某卫星用户提供保障,经过三天的加班加点终于完成了卫星地面站的主体工程,这也是公司在中华大地的又一颗“驭眼”!随后,驭星科技将完成配套的测运控管理软件“驭网”、卫星测控与数据服务一体化的云平台接入,并在哈工大S频段的基础上改进优化增加X频段。 (附件:279708) 该卫星地面站是集U/V频段于一体的测控数传一体化商业卫星地面站。2017年8月,驭星科技与哈尔滨工业大学签署了战略合作协议,双方共同致力于推进卫星通信与测控、商业航天、遥感数据处理、卫星大数据、人才培训等领域。该地面站就建设在哈工大校园内。 (附件:279707) 商业航天产业的快速发展,有赖于低成本、高可靠、便捷的测运控基础设施。航天驭星将全力打造以“驭网”、“驭眼”为核心的卫星天地通信“高速公路”,助力商业航天产业的大爆发。 (本文综合自航天驭星公众号,不代表太空来电观点)


2018年2月2日,教育共享卫星“少年星一号”搭载长征二号丁运载火箭在酒泉卫星发射中心发射升空。完成在轨测试后,“少年星一号”将面向建有卫星测控分站的中小学校和教育机构开放卫星通信资源,服务于中国中小学生航天科普教育。 “少年星一号”是一颗立方体纳卫星,由中国科学院西安光学精密机械研究所投资项目“九天微星”负责整体研制和检测,卫星长宽各10厘米、高34厘米,重3千克,主要功能是无线电存储及转发,并进行空间成像试验等。 图:九天微星教育事业部产品总监李天麒介绍“少年星一号” 摄影:李晋 “少年星一号”是“中国少年微星计划”的重要成果,该计划由中国宋庆龄基金会、中国科学技术协会和中国教育学会联合发起。自2016年4月启动以来,“少年星”共吸引10多万名中国中小学生参与卫星功能的创意设计。在学生天马行空的创意想象中,“少年星一号”最终遴选确定了目标构架。 图:九天微星CEO谢涛 摄影:李晋 九天微星创始人兼CEO谢涛介绍说:“孩子们提出是否用卫星与外星球联系,还想在卫星上种个豆子,是否可以帮助非洲的孩子寻找水源,是否可以实现全球的wifi和万物互联,但是因为我们的卫星体积质量和功耗比较小,通过对可实现创意进行归类,最终采用比如给地球拍照,给月亮拍照,无线电的全球链接,通过这些目标研制了这颗卫星。” 九天微星为学校建设的测控分站内景(效果图) 在轨运行之后,建有卫星测控分站的中小学校和教育机构都可以使用“少年星一号”的数据和功能,将为中小学生提供测控真实卫星的体验,创造出全新的航天科普教育场景。 九天微星网上商城中的STEAM教学用卫星套件 据谢涛透露,少年星信号已经成功被宋庆龄基金会主站、南理工站、泰和三中分站、东莞站、中卫站接收,卫星天线展开、状态完美。 太空链(SpaceChain)发布消息称,其发射了首个基于太空的区块链节点,载有太空链卫星并运行量子链(Qtum)全节点的火箭在酒泉卫星发射中心成功发射。量子链官方账号同样发推称,其发射了首个基于太空的区块链节点。据匿名业内人士透露,这颗“区块链卫星”说的正是九天微星公司2月2日升空的卫星,不过关于少年星一号到底有没有搭载区块链载荷,还有待进一步澄清。 (本文综合自第一资讯报导及网上相关消息)

2018年2月2日,教育共享卫星“少年星一号”搭载长征二号丁运载火箭在酒泉卫星发射中心发射升空。完成在轨测试后,“少年星一号”将面向建有卫星测控分站的中小学校和教育机构开放卫星通信资源,服务于中国中小学生航天科普教育。 “少年星一号”是一颗立方体纳卫星,由中国科学院西安光学精密机械研究所投资项目“九天微星”负责整体研制和检测,卫星长宽各10厘米、高34厘米,重3千克,主要功能是无线电存储及转发,并进行空间成像试验等。 图:九天微星教育事业部产品总监李天麒介绍“少年星一号” 摄影:李晋 (附件:279696) “少年星一号”是“中国少年微星计划”的重要成果,该计划由中国宋庆龄基金会、中国科学技术协会和中国教育学会联合发起。自2016年4月启动以来,“少年星”共吸引10多万名中国中小学生参与卫星功能的创意设计。在学生天马行空的创意想象中,“少年星一号”最终遴选确定了目标构架。 图:九天微星CEO谢涛 摄影:李晋 (附件:279697) 九天微星创始人兼CEO谢涛介绍说:“孩子们提出是否用卫星与外星球联系,还想在卫星上种个豆子,是否可以帮助非洲的孩子寻找水源,是否可以实现全球的wifi和万物互联,但是因为我们的卫星体积质量和功耗比较小,通过对可实现创意进行归类,最终采用比如给地球拍照,给月亮拍照,无线电的全球链接,通过这些目标研制了这颗卫星。” 九天微星为学校建设的测控分站内景(效果图) (附件:279698) 在轨运行之后,建有卫星测控分站的中小学校和教育机构都可以使用“少年星一号”的数据和功能,将为中小学生提供测控真实卫星的体验,创造出全新的航天科普教育场景。 九天微星网上商城中的STEAM教学用卫星套件 (附件:279699) 据谢涛透露,少年星信号已经成功被宋庆龄基金会主站、南理工站、泰和三中分站、东莞站、中卫站接收,卫星天线展开、状态完美。 太空链(SpaceChain)发布消息称,其发射了首个基于太空的区块链节点,载有太空链卫星并运行量子链(Qtum)全节点的火箭在酒泉卫星发射中心成功发射。量子链官方账号同样发推称,其发射了首个基于太空的区块链节点。据匿名业内人士透露,这颗“区块链卫星”说的正是九天微星公司2月2日升空的卫星,不过关于少年星一号到底有没有搭载区块链载荷,还有待进一步澄清。 (本文综合自第一资讯报导及网上相关消息)


北京时间2018年2月2日15点51分,“风马牛一号”(FMN-1)卫星从酒泉卫星发射中心搭载长征二号丁型运载火箭遥十三箭顺利升空并精准进入到距离地表约500公里高度的太阳同步轨道。 1.mp4 你的浏览器可能不支持video标签播放视频。升级吧。 该卫星由御风资本董事长冯仑先生投资发起,翎客航天、零重空间共同研制,由Insta360提供全景影像技术支持。风马牛一号预计最快将于一周后回传其在轨采集的相关全景影像数据。 目前有关方面暂未披露该卫星的进一步消息。 早前报导 FMN-1 由翎客航天团队负责研制 风马牛一号是中国第一颗全景卫星,也是国内第一颗私人卫星。这颗卫星由翎客航天(LinkSpace)和零重空间技术团队负责研制,Insta360全程提供全景影像技术支持;并且配备了4K高清全景摄像头,可以呈现360度太空高清照片;拥有数字空间可承载用户原创内容,便与大众互动。这也是为什么冯仑说卫星可以拓展为媒体。在卫星入轨后,将每天过境中国三次,实现与地球的实时传输。届时,大众可以借助无线电接收设备及天线电脑,通过天线收听来自太空的声音。 助力航天教育,让国学经典从太空回传地球 自从在NASA亲眼见证了美国顶尖航天科技的发展后,冯仑便开始思考:全球航天技术的竞争归根结底是人才的竞争,如何才能为培养更多中国航天人才助力,激活大众、特别是少年儿童对航空航天事业的兴趣? 承载着这样深厚的全民教育使命,风马牛一号将独家开发一套用于卫星信号接收的硬件设备,并与国内顶尖的青少年航天教育机构合作,打造一系列基于卫星信号接收的课程与兴趣活动。其中,国学的代表读物《千字文》是本次航天教育活动的重点内容:风马牛一号将携带由鸣鹤文化出品、台湾著名音乐人张圣洁女士创作的童声合唱版《千字文》进入太空,将中华五千年的文明记录在浩瀚宇宙中。卫星进入轨道后,配合地面的接收设备,孩子及全球的无线电爱好者皆会听到从太空传来的朗朗《千字文》。本次国学与航天的联动必将成为全球航天教育及卫星玩法的新范本。 相关新闻 获2000万人民币 Pre-A 轮融资,「零重力实验室」将在深圳落地卫星生产工厂 零重力实验室成立于2016年10月,总部在北京亦庄,于深圳设有分部。总经理张北长期以来在IT行业从事市场及销售业务,目前负责公司市场营销及对外宣传业务。张北表示,零重力一共有三项主营业务: 1、立方星的组部件研制与生产:包含平台部件的综合电子、通信、能源与地面站,以及各类载荷(高分相机、全景相机、AIS、ADS-B与IOT采集) 2、卫星解决方案咨询:包含物联网解决方案、通信解决方案、遥感、策划、深空探测等。 3、卫星发射搭载协调服务:业务咨询、协调地面测控系统对接、发射场落地服务等。 由零重力实验室参与制造研发的“风马牛一号” 3U 立方星即将搭载在长征二号丁火箭发射。这枚卫星是全球首颗全景娱乐卫星,由御风资本董事长冯仑先生投资。该立方星前后各搭载了两颗220°视角的工业摄像头,通过拍照拼接,配合VR眼镜,普通用户将可以随时随地看到深邃的宇宙与我们的地球母星。 零重力实验室全年营收超过千万人民币,且已实现正向盈利。张北介绍,按照现有订单,2018年的收入预计将在3000万人民币以上,仍以立方星制造为主。而即将在今年落地的卫星制造工厂将进一步扩大公司产能,降低成本。 (本文综合自翎客航天公众号,36氪相关报导)

北京时间2018年2月2日15点51分,“风马牛一号”(FMN-1)卫星从酒泉卫星发射中心搭载长征二号丁型运载火箭遥十三箭顺利升空并精准进入到距离地表约500公里高度的太阳同步轨道。 (附件:279693) 该卫星由御风资本董事长冯仑先生投资发起,翎客航天、零重空间共同研制,由Insta360提供全景影像技术支持。风马牛一号预计最快将于一周后回传其在轨采集的相关全景影像数据。 (附件:279694) 目前有关方面暂未披露该卫星的进一步消息。 早前报导 FMN-1 由翎客航天团队负责研制 风马牛一号是中国第一颗全景卫星,也是国内第一颗私人卫星。这颗卫星由翎客航天(LinkSpace)和零重空间技术团队负责研制,Insta360全程提供全景影像技术支持;并且配备了4K高清全景摄像头,可以呈现360度太空高清照片;拥有数字空间可承载用户原创内容,便与大众互动。这也是为什么冯仑说卫星可以拓展为媒体。在卫星入轨后,将每天过境中国三次,实现与地球的实时传输。届时,大众可以借助无线电接收设备及天线电脑,通过天线收听来自太空的声音。 助力航天教育,让国学经典从太空回传地球 自从在NASA亲眼见证了美国顶尖航天科技的发展后,冯仑便开始思考:全球航天技术的竞争归根结底是人才的竞争,如何才能为培养更多中国航天人才助力,激活大众、特别是少年儿童对航空航天事业的兴趣? 承载着这样深厚的全民教育使命,风马牛一号将独家开发一套用于卫星信号接收的硬件设备,并与国内顶尖的青少年航天教育机构合作,打造一系列基于卫星信号接收的课程与兴趣活动。其中,国学的代表读物《千字文》是本次航天教育活动的重点内容:风马牛一号将携带由鸣鹤文化出品、台湾著名音乐人张圣洁女士创作的童声合唱版《千字文》进入太空,将中华五千年的文明记录在浩瀚宇宙中。卫星进入轨道后,配合地面的接收设备,孩子及全球的无线电爱好者皆会听到从太空传来的朗朗《千字文》。本次国学与航天的联动必将成为全球航天教育及卫星玩法的新范本。 相关新闻 获2000万人民币 Pre-A 轮融资,「零重力实验室」将在深圳落地卫星生产工厂 (附件:279695) 零重力实验室成立于2016年10月,总部在北京亦庄,于深圳设有分部。总经理张北长期以来在IT行业从事市场及销售业务,目前负责公司市场营销及对外宣传业务。张北表示,零重力一共有三项主营业务: 1、立方星的组部件研制与生产:包含平台部件的综合电子、通信、能源与地面站,以及各类载荷(高分相机、全景相机、AIS、ADS-B与IOT采集) 2、卫星解决方案咨询:包含物联网解决方案、通信解决方案、遥感、策划、深空探测等。 3、卫星发射搭载协调服务:业务咨询、协调地面测控系统对接、发射场落地服务等。 由零重力实验室参与制造研发的“风马牛一号” 3U 立方星即将搭载在长征二号丁火箭发射。这枚卫星是全球首颗全景娱乐卫星,由御风资本董事长冯仑先生投资。该立方星前后各搭载了两颗220°视角的工业摄像头,通过拍照拼接,配合VR眼镜,普通用户将可以随时随地看到深邃的宇宙与我们的地球母星。 零重力实验室全年营收超过千万人民币,且已实现正向盈利。张北介绍,按照现有订单,2018年的收入预计将在3000万人民币以上,仍以立方星制造为主。而即将在今年落地的卫星制造工厂将进一步扩大公司产能,降低成本。 (本文综合自翎客航天公众号,36氪相关报导)


北京时间 2018年1月19日中午12点12分,天仪研究院自主研制的“湘江新区号” 和"亦庄·全图通一号"两颗卫星搭载长征十一号运载火箭在酒泉卫星发射中心成功发射。 当天下午13时45分,在卫星入轨1小时20分后,卫星经过达坂城测控站上空。达坂城站共跟踪双星326秒,通过遥测数据判断,两颗卫星帆板和测控天线均已展开,卫星能源、综合电子、测控、姿控系统工作均正常,已消除入轨姿态偏差,进入稳定自旋状态。后续将在地面指令控制下,转为对日定向状态。 遥测时的卫星可观测范围 “湘江新区号”和“全图通一号”两颗卫星均运行在535千米高空的太阳同步轨道,每95分钟绕地球一周,也就是1分钟可以跑421公里。每天上午9点到下午13点,晚上21点至24点,两颗卫星会4次过境长沙测控站的上空,每次约10分钟。 北京时间 2018年1月20日上午10点30分,进入太空不到1天却已经绕地球14圈的两颗“小卫星”过境长沙,这是双星今天第一次过境长沙,经过长沙站的上空大约10分钟,天仪研究院的飞控工程师们紧张地守在电脑前查看卫星下传的各项数据,并对数据进行紧张的初步评估。 截至中午12时,地面测控系统工作正常,两颗卫星已绕地球飞行15圈,经过地面站并下传数据100余次。 1月20日下午1点35分,两颗卫星进入新疆测控站的观测范围,传回的数据表明,目前卫星太阳能帆板展开正常,星上各子系统工作良好。 天仪研究院副总工程师(原北京航天飞控中心总体室主任,研究员)陈险峰表示:“经过我们两天接收卫星的遥测数据的初步评估,两颗卫星的平台部分,包括综合电子、帆板、能源、供电,以及姿控系统等所有开机部件的工作都是正常的。目前卫星处于磁控稳定状态,即利用星上的小型磁控组件和地磁作用产生的相互作用力,保持卫星绕特定轴低速旋转,这是我们用最少星上部件使卫星保持安全稳定,也证明了我们星上姿控算法的正确性。" 天仪研究院的飞控工程师们在对双星进行一系列在轨测试工作之后,将陆续打开星上其它设备和载荷,进行导航、物联网、商业遥感等多项空间科学试验。 (本文摘编自天仪研究院公众号)

北京时间 2018年1月19日中午12点12分,天仪研究院自主研制的“湘江新区号” 和"亦庄·全图通一号"两颗卫星搭载长征十一号运载火箭在酒泉卫星发射中心成功发射。 当天下午13时45分,在卫星入轨1小时20分后,卫星经过达坂城测控站上空。达坂城站共跟踪双星326秒,通过遥测数据判断,两颗卫星帆板和测控天线均已展开,卫星能源、综合电子、测控、姿控系统工作均正常,已消除入轨姿态偏差,进入稳定自旋状态。后续将在地面指令控制下,转为对日定向状态。 遥测时的卫星可观测范围 (附件:279686) “湘江新区号”和“全图通一号”两颗卫星均运行在535千米高空的太阳同步轨道,每95分钟绕地球一周,也就是1分钟可以跑421公里。每天上午9点到下午13点,晚上21点至24点,两颗卫星会4次过境长沙测控站的上空,每次约10分钟。 北京时间 2018年1月20日上午10点30分,进入太空不到1天却已经绕地球14圈的两颗“小卫星”过境长沙,这是双星今天第一次过境长沙,经过长沙站的上空大约10分钟,天仪研究院的飞控工程师们紧张地守在电脑前查看卫星下传的各项数据,并对数据进行紧张的初步评估。 (附件:279687) 截至中午12时,地面测控系统工作正常,两颗卫星已绕地球飞行15圈,经过地面站并下传数据100余次。 1月20日下午1点35分,两颗卫星进入新疆测控站的观测范围,传回的数据表明,目前卫星太阳能帆板展开正常,星上各子系统工作良好。 天仪研究院副总工程师(原北京航天飞控中心总体室主任,研究员)陈险峰表示:“经过我们两天接收卫星的遥测数据的初步评估,两颗卫星的平台部分,包括综合电子、帆板、能源、供电,以及姿控系统等所有开机部件的工作都是正常的。目前卫星处于磁控稳定状态,即利用星上的小型磁控组件和地磁作用产生的相互作用力,保持卫星绕特定轴低速旋转,这是我们用最少星上部件使卫星保持安全稳定,也证明了我们星上姿控算法的正确性。" 天仪研究院的飞控工程师们在对双星进行一系列在轨测试工作之后,将陆续打开星上其它设备和载荷,进行导航、物联网、商业遥感等多项空间科学试验。 (本文摘编自天仪研究院公众号)


北京时间2018年1月19日中午12点12分,天仪研究院自主研制的“湘江新区号” (潇湘二号)和"亦庄·全图通一号"两颗卫星搭载长征十一号运载火箭在酒泉卫星发射中心成功发射。这两颗卫星都是标准的6U立方星,重约8公斤。 天仪技术人员在酒泉测试基地顺利完成双星测试 “湘江新区号” 卫星(潇湘二号)将搭载四项科学试验:光纤传感技术试验,空间软件无线电试验,业余无线电试验,光学稳像试验。其中,光纤传感技术试验由北京信息科技大学提出并研制相关载荷;空间软件无线电试验由北京航天长征飞行器研究所提出并进行相关研制;业余无线电试验由湖南无线电协会组织全国业余无线电爱好者提出并研制;光学稳像试验由西安交通大学与天仪研究院联合研制。 “湘江新区号” 卫星 (潇湘二号) “亦庄·全图通一号”卫星是天仪研究院为全图通公司定制开发的面向应急救援的技术试验卫星,将搭载导航通信一体化载荷、微型商遥相机、星载AIS接收机、业余软件无线电试验载荷等四项技术验证试验载荷,并同期开展中科院光电研究院提出的低轨卫星导航增强试验项目。“亦庄·全国通一号”以航天技术开拓民用市场,提供以高精度时空为基准的天地一体综合信息服务及解决方案。卫星发射后,除了开展S频段多媒体信息直播、通导遥一体化技术验证、位置报告和搜救信息传播实验外,整合清华大学联合制定高精度位置信息播发实验方案。按照全图通卫星共享的理念,围绕这颗卫星的大批后续实验逐步展开,微小卫星的实用化进程正在稳步推进。 “亦庄·全图通一号”卫星 “湘江新区号”(潇湘二号)和“亦庄·全图通一号”卫星的成功发射,标志着天仪研究院TY系列平台技术更加成熟、研发能力更加精湛,完全具备为各方客户提供短周期、低成本、一站式的空间服务的能力。 (本文摘编自天仪研究院公众号)

北京时间2018年1月19日中午12点12分,天仪研究院自主研制的“湘江新区号” (潇湘二号)和"亦庄·全图通一号"两颗卫星搭载长征十一号运载火箭在酒泉卫星发射中心成功发射。这两颗卫星都是标准的6U立方星,重约8公斤。 天仪技术人员在酒泉测试基地顺利完成双星测试 (附件:279682) “湘江新区号” 卫星(潇湘二号)将搭载四项科学试验:光纤传感技术试验,空间软件无线电试验,业余无线电试验,光学稳像试验。其中,光纤传感技术试验由北京信息科技大学提出并研制相关载荷;空间软件无线电试验由北京航天长征飞行器研究所提出并进行相关研制;业余无线电试验由湖南无线电协会组织全国业余无线电爱好者提出并研制;光学稳像试验由西安交通大学与天仪研究院联合研制。 “湘江新区号” 卫星 (潇湘二号) (附件:279683) “亦庄·全图通一号”卫星是天仪研究院为全图通公司定制开发的面向应急救援的技术试验卫星,将搭载导航通信一体化载荷、微型商遥相机、星载AIS接收机、业余软件无线电试验载荷等四项技术验证试验载荷,并同期开展中科院光电研究院提出的低轨卫星导航增强试验项目。“亦庄·全国通一号”以航天技术开拓民用市场,提供以高精度时空为基准的天地一体综合信息服务及解决方案。卫星发射后,除了开展S频段多媒体信息直播、通导遥一体化技术验证、位置报告和搜救信息传播实验外,整合清华大学联合制定高精度位置信息播发实验方案。按照全图通卫星共享的理念,围绕这颗卫星的大批后续实验逐步展开,微小卫星的实用化进程正在稳步推进。 “亦庄·全图通一号”卫星 (附件:279684) “湘江新区号”(潇湘二号)和“亦庄·全图通一号”卫星的成功发射,标志着天仪研究院TY系列平台技术更加成熟、研发能力更加精湛,完全具备为各方客户提供短周期、低成本、一站式的空间服务的能力。 (本文摘编自天仪研究院公众号)


历史 大家还记得业余火箭专用的姿态测量设备KC316a吗? http://bbs.kechuang.org/t/57745 http://bbs.kechuang.org/t/62698 在2014年1月的火箭活动中,有一位朋友的火箭没了航电。为了帮助他及时发射,航天局赶制了第一代kc316x样机。 x表示eXtended(功能扩展)。kc316a仅有姿态记录功能,这对于探空火箭是不够的。那时候,我们利用手中的材料,制作了第一套kc316x样机:它是个75mm的圆柱体塑料罐子,内部有一只316a和辅助电路。添加了气压计,GPS,远距离测控(距离20km以上),点火和开伞控制器(通过kc301实现)。 图中是KC316X的第一代样机。为了在冬季进行发射(当地温度0 ~ -10°),正在对传感器进行低温校准。 我们完全重写了内部的程序代码,以支持这些额外扩充的传感器和通信设备。配套的KCSA任务控制中心软件用于显示、存储和分析这些数据。 功能规划 现在,我们开始设计kc316x正式版产品,为业余火箭提供集成一体化的电子系统方案,包括:制导导航与控制(GNC)、飞行数据记录(FDR)、遥测和遥控(TTC)、火工品驱动器(DRV) KC316X主要功能 GNC: 板载三轴陀螺仪,三轴加速度计,三轴磁罗盘,气压计,外置GPS接口。可实现完整的惯性导航功能。 TTC: 外置数传接口。可连接数传电台实现测控功能 DRV: 2路点火驱动输出,4路舵机驱动输出。方便驱动各种执行器 FDR: 内置16M存储器,可记录飞行全程数据 极小的尺寸,允许安装在直径25mm的火箭之内 配套软件: KCSA任务控制中心 功能规划和接口规划 使用GY-86模块实现陀螺仪,加速度计,磁罗盘和气压计功能。通过i2c总线,可以获得各传感器的读数。 GPS和数传电台通过串口连接到KC316X,电源由主板提供。 点火驱动输出使用与kc316a相同的设计,两个MOS管下拉驱动点火头。 舵机驱动采用标准的2.54间距3针接口,增加一个额外的3针接口用于输入舵机电源。配套一只外置BEC模块用于解决供电问题。 飞行数据记录部分与kc316a相同,记录芯片改用16MB容量的W25Q128 预留z轴高量程加速度传感器接口,预留空速管接口。 PCB尺寸固定为50*25mm,提供用于固定数传模块和GPS的塑料安装支架。 添加usb接口。可以直接通过usb配置工作参数,下载FDR数据,或者更新固件。 1路PPM输入,用于接收遥控器信号。 1路FSEL接口(1个IO口引出),2路外部模拟量接口 1路额外的串口引出,1路额外的SPI引出。 预留出厂bootldr烧录接口,2.54间距3x2pin插针 芯片选型 从上面来开,功能较kc316a增加了很多,几乎已经到了塞不下的程度。kc316a使用的是mega328,使用arduino编程环境。kc316x测试版本的程序也是针对328开发的。 如果需要增加usb接口,为了达到使用方便的目的(最好能免去驱动程序),需要使用usbhid通信方式。这就必须使用带usb控制器的单片机,kc314b采用的usb转串口方式不适用于316x。 大量已有的代码采用arduino环境编写,移植到avr之外的单片机很困难,费事费力。现在工程师极为昂贵,好的软件工程师要15k-20k/mo,节约软件开发的工时是很有意义的。 增加的其他接口太多,mega328同系列的atmega32u4(arduino micro 主控)不能胜任。事实上任何一款megaAVR都不能解决316x的需求(3串口,1usb) 所以,我们决定使用AVR xMega来制作kc316x 因为xMega兼容AVR的代码,arduino开发环境打补丁之后可以使用xMega。xMega有USB接口,同时有很多串口,SPI,I2C……可以完全满足kc316x的需求 待续 我现在出门钓鱼(狭义的),晚上回来继续写


科新社11月10日电 11月10日7时42分科创航天的一颗2U小卫星(作实验载荷)KS-1Q由长征11号运载火箭成功送入预定轨道。据悉,这是国内第一颗民营航天机构的科研卫星,也是第一颗国内的“创客卫星”。科创论坛由此成为第一个发射卫星的国内科技社区。 KS-1Q是科创航天星座计划的先导试验星,采用KS-1卫星平台研制。该次任务将验证超小型太阳敏感器、U段测控应答机、光遥测发射机、惯性测量组件等关键技术。卫星还携带有一台广角相机。在接下来的一段时间里,卫星将发回大量空间数据和图像资料,为科创航天下一步的计划提供技术储备和信息参考。 科新社11月11日电 科创成都实验室于18时16分捕获ks1q实验载荷信号,信噪比良好,确认于18时20分过顶。在19时59分27秒再次确认卫星过顶。录制的IQ数据发送科创航天局实验室做进一步分析。据科创航天局11日晚间消息,目前解码进展顺利,已经获得卫星工作状态的有关数据,接下来将开始对卫星进行上行指令操作。 图:测控信标瀑布图(采用中频录制,信号为镜像) 轨道预报 成都实验室正在协助KCSA进行卫星信号监测 科创航天局于11日23时公布了解码得到的部分测控数据。目前试验仓内部温度15摄氏度,电池电压7.4V,充电电流60mA,已发送了3670个数据包,相机镜头温度10度。 下面还将持续更新卫星遥测数据。 KS-1Q卫星平台拥有2年的预期寿命,如果各设备不出现问题,将有充足时间完成测试任务。


北京时间5月25日16时35分,由哈工大紫丁香学生纳卫星团队研制的“紫丁香一号”卫星从国际空间站日本实验舱机械臂弹射释放,正式开始工作。与紫丁香一号卫星同时释放的还有希腊塞萨斯德谟克里特大学研制的DUTHSat卫星及南非SCS SPACE公司研制的 nSIGHT卫星。 紫丁香一号卫星弹射释放瞬间 北京时间17时41分,由日本的业余无线电爱好者首次接收到了紫丁香一号卫星的下行信号。19时17分,卫星首次经过哈尔滨上空,由哈尔滨地面站进行了与其进行了双向通信,卫星状态良好。 哈尔滨地面站接收到的紫丁香一号卫星下行遥测 紫丁香一号卫星与空间站分离上电的瞬间,在程序的控制下,卫星自动进行拍照,成功拍摄到了国际空间站的太阳能帆板。北京时间22:31分,图像下载完成。 紫丁香一号拍摄的国际空间站太阳帆板 紫丁香一号卫星重约2千克,为标准的2U结构。卫星搭载了离子与中性粒子质谱仪、新体制业余无线电转发器、低分辨率CMOS相机3个有效载荷,用于开展大气低热层组成研究、业余无线电通信试验与空间摄影任务。4月18日,这颗卫星同参与国际QB50工程的其它27颗立方体卫星一起,搭乘宇宙神5火箭/天鹅座货运飞船发射,前往国际空间站。 紫丁香一号卫星的研制开始于2011年,三十余名学生参与了卫星的研制工作,贯穿了紫丁香学生微纳卫星团队筹建至今的全过程。团队研制的紫丁香二号卫星已于2015年9月20日发射,截止目前已在轨平稳运行近19个月。 卫星的实时遥测数据以及相关技术信息可以登录紫丁香卫星官网进行查看,网址为: http://lilacsat.hit.edu.cn/ 信息来自紫丁香项目公众号:lilacsat,BG2BHC( https://bbs.kechuang.org/m/21720 )等主持或参与了该项目。

北京时间5月25日16时35分,由哈工大紫丁香学生纳卫星团队研制的“紫丁香一号”卫星从国际空间站日本实验舱机械臂弹射释放,正式开始工作。与紫丁香一号卫星同时释放的还有希腊塞萨斯德谟克里特大学研制的DUTHSat卫星及南非SCS SPACE公司研制的 nSIGHT卫星。 (附件:275703) 紫丁香一号卫星弹射释放瞬间 北京时间17时41分,由日本的业余无线电爱好者首次接收到了紫丁香一号卫星的下行信号。19时17分,卫星首次经过哈尔滨上空,由哈尔滨地面站进行了与其进行了双向通信,卫星状态良好。 (附件:275704) 哈尔滨地面站接收到的紫丁香一号卫星下行遥测 紫丁香一号卫星与空间站分离上电的瞬间,在程序的控制下,卫星自动进行拍照,成功拍摄到了国际空间站的太阳能帆板。北京时间22:31分,图像下载完成。 (附件:275705) 紫丁香一号拍摄的国际空间站太阳帆板 紫丁香一号卫星重约2千克,为标准的2U结构。卫星搭载了离子与中性粒子质谱仪、新体制业余无线电转发器、低分辨率CMOS相机3个有效载荷,用于开展大气低热层组成研究、业余无线电通信试验与空间摄影任务。4月18日,这颗卫星同参与国际QB50工程的其它27颗立方体卫星一起,搭乘宇宙神5火箭/天鹅座货运飞船发射,前往国际空间站。 紫丁香一号卫星的研制开始于2011年,三十余名学生参与了卫星的研制工作,贯穿了紫丁香学生微纳卫星团队筹建至今的全过程。团队研制的紫丁香二号卫星已于2015年9月20日发射,截止目前已在轨平稳运行近19个月。 卫星的实时遥测数据以及相关技术信息可以登录紫丁香卫星官网进行查看,网址为: http://lilacsat.hit.edu.cn/ 信息来自紫丁香项目公众号:lilacsat,BG2BHC( https://bbs.kechuang.org/m/21720 )等主持或参与了该项目。


Orbitron是业余无线电爱好者业余卫星发烧友和航天爱好者常用软件之一,可以很方便的自动按照常用格式来载入或更新卫星的轨道,并显示在三维或二维的图上,并依据观测位置来推测卫星通过时间、高度等参数。 更加科学的是,这个软件经过国内HAM BD7CE的汉化,已经有了官方中文版。 使用起来非常简单。 最新官方中文版下载 戳这里 orbitron.rar 1.99M 99次 下面先说说主界面 打开软件就会进入主界面如下图,如果出现更新星历什么的,建议先点取消。(因为国内连更新服务器经常发神经) 中间是主屏幕显示世界地图、卫星轨迹、预测和观测点等,右下角是小雷达(显示卫星过境的天空半球图),右边侧栏是卫星名称的选项。 你要追踪一颗卫星,首先需要先知道它的轨道数据,比较常用的格式是美国的NORAD使用的TLE两行格式。大部分的卫星TLE格式的数据都可以在 http://www.celestrak.com/NORAD/elements/ 这里找到,里面有分类)什么最新发射拉,ISS拉,业余卫星拉,都有。。。点开每个栏目就会有一个TXT文件,直接把它保存到本地。这里我已经给大家保存好了一个我们科创刚发射的试验载荷KS-1Q的轨道数据,下载戳这里 KS-1Q.txt 336b 26次 。 然后回到上面的图,点载入星历,选择你要载入的文件。然后再双击勾选你要跟踪的卫星。这就完成了第一步。 接着在主界面下方的功能表,有主菜单、查看等好几栏,根据你自己的习惯和需要设好前面两个,然后切换到地名选项卡,如下图 输入地名和经纬度,或者也可以输入梅登海德网格编码,当然,都是精确越好。然后点击选择。(当然你也可以犯懒的从右边的城市名字里面选择地名) 这样你就设置好了观测位置了。 接着点击预测设定选项卡,如下图 一般用自动模式搜寻,N天是选择算接下来多少天的数据,选择倒转就回溯计算之前的轨道 状态一栏用来设置计算结果的限制条件,可根据需要调整,一般保持如图的参数就可以了。 重要提示:记得把状态-需要亮度的勾去掉,因为大部分人造地球卫星的星等都低于可见。如果勾选了需要亮度,就会只计算能肉眼可见的过境。 其他设置如图。 再接下来就去预测选项卡如下图 单击预测,弹出计算对话框。 然后就出结果啦。剩下的大家应该能自己摸索。 ××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××                                                                   其他功能 ××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××× 主界面右上角有一个好小的点,那是机关。点一下就如下图 功能自己摸索吧,很简单的啦。 按F5呼出设定对话框,如下图 这里可以校正时间,选择配色方案,更新星历(经常失败,推荐按上面的办法手动载入),选择单位、格式、选择地方时、调整语言等等。 卫星及轨道信息选项卡如下图,里面把TLE格式的数据全部还原成了单项数据,适合用来对公众公布使用。 旋转器选项卡 输入参数以后,选择对应HRD的云台驱动程序,点击驱动程序后面的那个小按钮,就会把跟踪信息同步到控制软件里面 国内6区的HAM有一个自己写的配合Orbitron并且兼容八重洲G5500云台旋转器的软件据说很不错,稍后我会补充道后面。


         宅在家里看星星的你,太不过瘾。 FASHION的玩儿法是,不如跟我去造星!          你也可以成为明星!                                               ——科创航天卫星项目组 卫星项目组招聘中: 坐标:广州       简历往这儿砸 sa@kc.ac.cn (附件:255620)        随着电子技术的发展,重量小于10kg的人造卫星,已经可以部分或者完全取代大型卫星的功能。使用成熟的工业级电子产品,已经可以制造有商业价值的微小卫星。世界范围内,类似的公司有美国Planet labs、美国Clydespace,荷兰ISIS等。       科创航天卫星项目组专门从事卫星设计和空间应用技术开发,是国内最早开展微小卫星研制的民营企业之一。我们的合伙人包括中科红旗原副总裁黄思源先生,科创论坛坛长刘虎等,获得了共计数百万元的投资。现在公司运行的主要项目包含KS系列小卫星平台、空间电磁环境监测、空间光通信、卫星姿态控制、卫星动力装置。我们希望能够在2年内将第一颗自研的卫星送入轨道。              研制卫星与研制一般的电子产品过程是类似的,但是为了能耐受太空极端环境,会增加专门的防护措施,以及更加严格的质检流程。在研发的过程中,星载计算机、电源管理系统、遥测/安全处理器等子系统需要设计硬件架构、制作样机、编写软件。同时,需要制作很多个仿真程序,来模拟整个任务的流程,测试每个子系统和卫星整体的功能和可靠性。              我想,参与过航天器研发的工程师,已经站在了工程学的尖端。今后面对其他的难题,不仅有更开阔的思路,更会多一分自信。 我们需要的攻城狮: 1、通信系统工程师       数字信号处理,软件无线电,通信网络仿真,信道编码,通信协议设计,天线设计 2、嵌入式软件工程师      ARM,C++,FPGA,HDL 3、嵌入式硬件工程师      模拟、数字和射频电路,PCB Layout,开关电源技术,信号完整性 4、推进系统工程师      高电压技术,等离子体物理,电真空技术 我们想要这样的小伙伴: 1、应用数学/物理 2、电子/嵌入式/自动化/导航/通信 3、流体/机械/动力/热工 4、高电压技术/电真空技术 5、仿真和测试 PS: 在以上任一方面有过相关研究经历即可 我们能给你的: 1、薪资       税后到手7-15k/月,专家有加成。 2、经验值     造过火箭,放过卫星。站在工程学的尖端, 研发经验满级 3、平台     我们来自国内 最 大的航天爱好者组织,     我们是国内 最 早开展微小卫星研制的公司之一,     我们可以接触到航天技术的 最 前沿,     我们紧跟民营航天的大潮,     来,跟我们一起踏上征服太空的旅程 加分项: 1、最好是狂热技术宅,有极客精神 2、可灵活切换高冷、逗比模式 3、长相特别过关,或善于卖萌(团队气氛调节剂)者强烈加分 科创航天 邮件地址sa(at)kc.ac.cn



谷歌重返月球大赛(X-PRIZE)近况 原著:zzjeff (X Prize Foundation) 或许大家已经听说了题为《谷歌联手< 星战>导演制作探月竞赛纪录片》的新闻。这部由J.J.艾布拉姆斯担任制作人,奥斯卡最佳纪录片提名导演Orlando von Einsiedel导演的纪录片已经在YouTube和Google Play正式上线,分为9集,每集长约7分钟。 目前有16支参赛的私人公司在竞夺Google Lunar XPRIZE (GLXP)大奖。队伍们的目标是在2017年12月31日前,让自己的漫游车在月球安全着陆,行进500米,并向地球传回HD视频。第一支成功的队伍将获得2000万美元,其余队伍将分享剩余1000万美金奖励。目前已经有两支队伍与火箭公司签订了发射的合同。 大家或许已在别的地方看过带官方中文字幕的预告片。本文搬运的原视频大部分段落也有英文字幕。大家可以进行选择性的观看: Episode 1: 美国:Astrobotic 点击此处查看视频 这部纪录片的开篇向我们展示的是刮着风的一片玉米地。在地里劳作的是卡内基梅隆大学(CMU)教授Red Whittaker。身为机器人专家的他仍经营着一个牧场。他说:“活到我这个年头的人,已经不够机器有活力。” Whittaker极其重视教育的力量。他组织起学生们成立了这只队伍。 [blockquote]背景介绍:Astrobotic的登月着陆器高1.6米,宽4.5米。在月球着陆后,将释放共4台漫游车:CMU自己的(下图左),智利Team AngelicvM的,和2台日本队的(下文有介绍)。3支队伍将分享花费与奖金。4台漫游车将同时出发,“在月球上赛车”,各自力争成为第一支行进500米的队伍。 (Toshiki Tanaka)[/blockquote]Episode 2: 德国:Part-Time Scientists 点击此处查看视频 Robert B?hme在东德长大,从小就憧憬着信息自由。长大后的他终于可以发挥知识共享的力量。他们的团队通过NASA向社会公开的资料与工具制造出了漫游车与相关的系统。这个名为“Part-Time Scientists” 的队伍里有着游戏开发者与牙科医疗器械专家之类的非专业人士,但仍在探月方面走到了世界前沿。 [blockquote]背景介绍:奥迪公司成为了Part-Time Scientists团队的主赞助商,并将其漫游车命名为Audi Lunar Quattro。车体几乎全部是由3D打印的铝与钛制成,为四轮驱动。重35公斤,最高时速3.6km/h。计划在月球上行驶2.3千米,造访阿波罗17号在44年前遗留下的月球车。 (PT Scientists)[/blockquote]Episode 3: 印度:Team Indus 点击此处查看视频 Deepana Gandhi成长在一个落后的印度乡村。她所在的研究生毕业班里只有3位女生。受到哥伦比亚号事故中丧生的印度裔美国女宇航员故事的激励,她冲破了性别偏见,凭着数学才华成为了Team Indus飞行动力团队的一员。在宇宙中,航天器的导航完全是依靠数学。而Gandhi说,她热爱数学的一切。 [blockquote]背景介绍:Team Indus的着陆器重600kg,漫游车重12kg。该团队计划使用印度的国家航天机构--印度空间研究组织(ISRO)的火箭进行发射,但尚未确定具体细节。 (Wired)[/blockquote]Episode 4: 加拿大:Team Plan B 点击此处查看视频 Alex Dobrianski在苏联长大。为了实现自己的梦想而移民到温哥华。他说:“我没有真正的数学家,真正的物理学家,真正的工程师那样的头脑。我只是想触碰到月球。”他把自己的退休金都砸进了这个竞赛里。深爱他的妻子与孩子的成为了他精神上的支撑。 [blockquote]背景介绍:作为加拿大唯一的参赛队,Team Plan B将发射一个100-150kg重的航天器进入近地轨道。着陆器飞抵月球后将用缓冲气囊进行软着陆。为了体现加拿大特色。漫游车内部将带有一个冰上曲棍球杆。 (adobri.com)[/blockquote]Episode 5: 日本:Hakuto 点击此处查看视频 日本东北大学教授吉田和哉亲身经历了2011年的那场海啸。目睹了大自然的力量与社会的脆弱,他希望工程师能用自己的力量保护人类的安全。向其它星球移民将是非常好的选择。他说:“如果地球出事了,月球殖民将是一个绝妙的主意。” [blockquote]背景介绍:“Hakuto”即日文中的“白兎”。Hakuto使用的是“双漫游车”系统:四轮的“Moonraker”与双轮的“Tetris”。两车之间有系绳相连。遇到月面坑洞时,“Tetris”将被下放到坑内进行探索。该团队在日本国内有着很高的人气。 (Team Hakuto)[/blockquote]Episode 6: 美国:Moon Express 点击此处查看视频 Naveen Jain自称在1983年来到美国时身上只有5美金。他辗转多地最后扎根硅谷,最后在互联网泡沫破灭前成为了一位成功的企业家。“在印度时,贫穷与饥饿的我,抬头看着月球能到满足,因为地球上最富有的人看到的也是同样的东西。” 他认为月球上的氦-3可以解决地球上的能源问题,因而创立了Moon Express。 [blockquote]背景介绍:Moon Express的着陆器将释放一个质量小于10kg的“跳虫”(hopper)。该装置将在月球表面反复蹦跳,达到移动500米的竞赛要求。去年底,Moon Express宣布着陆器发动机测试已完成,并已签订了进行3次不同发射的合同,其中前两次计划在2017年。 (Moon Express)[/blockquote]Episode 7: 以色列:SpaceIL 点击此处查看视频 SpaceIL是一家以色列公司。联合创始人Yariv Bash的祖父在1944年被纳粹选去组装V1和V2火箭。Bash因此认为自己与火箭有着渊源。以色列当下的政治环境没有阻止他追求自己的梦想:“当你从太空中看地球的时候,你看不到国界。你只是只是看到一颗满是人类的星球。当人们意识到自己的大部分时间被花在战争等没意义的事情上的时候,改变就会发生。” [blockquote]背景介绍:相比其它队伍,SpaceIL更喜欢使用火箭发动机。他们使用“跳行”(hop)设计取代“漫游”(rover)设计。在月面表面第一次着陆后,航天器将再次点火起飞,在500米以外的地点着陆。SpaceIL已宣布,将在2017年下半年用SpaceX的Falcon 9火箭发射升空。 (SpaceIL)[/blockquote]Episode 8: 墨西哥: Moonbots Mecaliks 点击此处查看视频 Jana González今年9岁。父母离婚后,她沉迷上了电脑游戏。但Five Nights at Freddy's让她深刻领略到了机器人的神奇。她学习了编程,加入了一个仅由女生组成的3人队伍,参与了“Moonbots”国际竞赛。 [blockquote]背景介绍:“Moonbots” 模拟登月竞赛是由Google Lunar XPRIZE组织的STEM挑战赛, 每年一度,向全世界17岁以下的学生开放。González用玛雅文化中月亮女神的名字,将自己的机器人命名为“Ixchel”。有超过30个国家的200多支队伍参与了2015年的竞赛。González与其它三支队伍分享了最终大奖。 (conacyt)[/blockquote]Episode 9: “Race for the Prize” 点击此处查看视频 如果你还没看过预告片和以上几集,但想了解整个事件的大概,可以先看最后一集。这集对Google Lunar XPRIZE竞赛的目标做出了概括性的总结,并介绍了之前没有详细讲解的队伍,包括巴西队、意大利队、马来西亚队、匈牙利队等。



12月28日11时23分,太原卫星发射中心。 我国首颗中学生参与研制的科普卫星“八一·少年行”,搭载长征二号丁运载火箭,顺利发射升空。 这也标志着我国成为继美国、俄罗斯、法国、日本、印度之后,第6个发射由青少年参与研制卫星并顺利升空的国家。 该卫星是我国首颗由航天专家指导、北京市八一学校40余名中学生全程参与研制并主导载荷设计的一颗低轨科普卫星。卫星入轨后,搭载的载荷将完成对地拍摄、无线电通信、对地传输音频和文件以及快速离轨试验。 新华社北京12月28日电 中共中央总书记、国家主席、中央军委主席习近平日前给八一学校科普小卫星研制团队的学生回信。他在信中表示,知道由你们设计研制的科普小卫星即将发射,我非常高兴。中学生设计研制科普卫星是一次很好的尝试,你们攀登科技高峰的热情和勇气让我感到欣慰。 这颗科普小卫星有多威? 正样小卫星被命名为“八一·少年行”,它长约12厘米,宽约11厘米,高约27厘米,采用标准的2U立方体构型。 什么是U?八一学校高二学生王晟赫解释道,立方星以“U”划分,1U指一个标准单元(体积10厘米×10厘米×10厘米,重约1公斤)。 卫星上还存储着中华人民共和国国歌、八一学校建校70周年校歌等音频文件。接收到地面遥控的指令后,这些音频就可以下传、解码、播放。 卫星计划在轨运行期间,将进行对地拍摄、无线电通信、音频传输和快速离轨实验。 小卫星工程的负责人之一、八一学校主管科技的副校长朱凯说,卫星升空后,可以从几百公里的高空中拍摄地球。 学生们希望通过卫星上的相机,跟踪拍摄雾霾和台风等天气现象,从而进行气象观察数据的积累。 八一学校还计划公布卫星拍摄的照片,让全国的学生都参与进来,猜测照片来自地球上的哪里。 值得注意的是,卫星完成使命、“寿终正寝”后,如果不及时回收,就会变成太空垃圾,占用有限的空间资源,对其他的空间设施造成威胁。 为了避免这一状况的发生,学生们特别设计了快速离轨实验载荷。八一学校学生朱迅说,小卫星上天后,它的运行状态是可以被实时观测的。 当确定它处于寿命末期时,就可以发送快速离轨实验的指令,使小卫星通过调整姿态增加迎风面积,实现尽快离轨。 无线电通信载荷,可以让卫星化身为太空中的信号中转站。 八一学校目前已初步建成地面接收站,同学们可以通过卫星进行双向的无线电中继通信。 为了保证专业性,王晟赫等同学,于近日参加了“无线电操作a类资格考试”。 “到时候我们都得持证上岗呢。”他笑着说。 科普小卫星背后还有大工程 “我们最初就明确,这是一个中学生科普卫星研制、应用及课程开发的工程。”中国航天科技集团所属航天科技国际交流中心研究员、科普小卫星工程总师张刚介绍。 工程包括四项任务:开发一套适合中小学的卫星科学课程,研制并发射一颗由学生全程参与的立方星,建设一个天地一体化的中学卫星创客实验室,成立全国中小学卫星科技教育示范学校联盟。 目前,前两项任务基本完成,后两项任务仍需要继续推进。 朱凯说,未来全国中小学卫星科技教育示范学校联盟的规模,预计在1000所左右。 八一学校将借助小卫星平台,开展相关课程学习及卫星互动应用等科学实践活动。 “一颗卫星发射成功,大家只是哇一下觉得很好,科学课程、实验室这些,其实是更宝贵的财富。”张刚说,希望全国的学校都能动员起来,结合各个学校自身的特色,把航天科普教育更深入地贯彻下去,为更多的学生提供参与机会。 中学生深度参与制造小卫星靠不靠谱? 事后回忆起来,王晟赫觉得,刚开始的时候啥都不知道,毕竟是第一次接触卫星,不知道怎么进入这个领域。和王晟赫一样,多数同学此前完全没有关于卫星的基础知识。他们对于卫星和航天科技的印象,停留在“高大上”却“很遥远”的电视直播里。 根据公开资料,全世界由大学生研制的卫星很多,由中学生主导的卫星却屈指可数。张刚说,2013年,美国的托马斯·杰斐逊中学发射了一颗这样的卫星,学生们主导了载荷设计,但很多器件是直接从科研机构和公司采购的。 到底怎么让中学生们深度参与到小卫星的制造中去?张刚着实为此费了不少心思。他坦言,在我国当前的技术条件下,制造一颗卫星不是难事,难的是把学生们带进门。“不能枯燥地灌输知识,得结合他们这一年龄阶段的特点,让他们觉得好玩,逐步激发他们的兴趣,再实现科学幻想到科学工程的转换。” 为了达到这一目标,几周的时间里,学生们不仅在课堂上学习基本的航天知识,更是走访了中国航天科技集团、中国科学院、国家重点实验室等各种跟卫星制造有关的机构,其中不少是保密单位。“特别神秘,一般人都进不去”,谈起参观学习的过程,王晟赫的语气依然带着激动。 张刚的想法是,让学生们通过这些活动积累兴趣,进而实现量变到质变的过程。从同学们的反馈来看,这样的安排是有效的。“卫星整体看上去好像没什么,其实它的每个小部件都是高精尖的东西”,王晟赫说,这一阶段的学习后,“感觉跟卫星距离更近了,至少觉得看到了希望,我们中学生制造卫星是可能的。” 接下来的过程,用张刚的话说,就比较“痛苦”了。学生们的很多创意在现阶段仍属于“天方夜谭”,在正样卫星研制中,需要引导他们结合可行性的现实情况进行设计。 此外,卫星的实用性也需要加以考虑。“刚开始他们说,卫星做好发上去不就行了吗?其实卫星一定要有目的和使命,不然发上去干吗呢?”张刚说。王晟赫当时的想法是,像科幻电影里一样,把卫星做成可以打开的魔方形状,“后来才知道根本实现不了”。 考虑到卫星研制是系统工程,学生们在航天专家的建议下分成了五组。一方面,各组分别专注于结构、电源、星务、轨道等卫星分系统的方案;另一方面,各组也要在每天的课程结束后进行共同讨论,了解其他组的知识。在航天专家们的指导下,五个组逐渐找到了方向,进入了第二阶段,即正样卫星的研制阶段。 在南京理工大学的微纳实验室里,学生们参与了一系列的试验:建立星箭分离轨道计算模型,焊接星务主机的供电板,进行姿控试验,开展远距离无线通信试验并参加了各项卫星、星箭评审活动。 最终,学生们综合可行性和实用性的考虑,主导完成了卫星四项载荷的设计,即对地拍摄、无线电通信、对地传输音频和文件和快速离轨试验。卫星的总装与测试由南京理工大学完成。 这颗科普小卫星为何受到习近平关注? 2016年9月8日晚,刚升上高二的八一学校学生朱迅,接到了一项特殊任务:向一位大人物介绍同学们正在研制的全国首颗中学生科普小卫星。“你们的小卫星发射时别忘了通知我一下。”第二天,在八一学校的航天卫星创客实验室,站在朱迅面前作出叮嘱的,是中共中央总书记、国家主席、中央军委主席习近平。 当晚,消息上了新闻联播。半年前就已启动的小卫星工程,一下子火了。八一学校主管科技的副校长朱凯说,造卫星这件事,其实出自一次偶然的谈话。2016年初,中国航天科技集团公司所属航天科技国际交流中心副主任到八一中学,与朱凯交流科普教育。 刚从以色列回来的副主任谈起,以色列刚刚发射了一颗由中学生制造的小卫星。朱凯觉得八一学校一直在发展科技特色教育,学生们的底子不会比以色列的学生差。“能不能让八一的学生们,也制造一颗小卫星?” 两人都很兴奋,立即各自回去开展论证和动员。经过后续的深入沟通,小卫星工程在年初立项。 4月24日,中国首个航天日当天,工程正式启动,经航天专家面试选拔,40多位同学得以参与其中。 近日,习近平回信勉励北京市八一学校科普小卫星研制团队学生,讲科学爱科学学科学用科学努力成长为祖国栋梁之材。 出品:南方都市报科学新闻工作室 主持:陈养凯 采写:南都记者 冯群星                     (复制于新闻)


国外卫星互联网星座的发展研究 科技导报 刘悦, 廖春发 20世纪90年代以来,特别是在智能移动终端功能日渐丰富、成本不断降低、各类应用蓬勃发展的今天,建设融语音、数据、视频为一体,覆盖广泛、经济实用的互联网,成为世界各国为推动经济增长而大力构建的重要基础设施。例如,美国“恢复与再投资计划”拨款72亿美元用于国家宽带建设;加拿大拨款2.25亿美元用于发展卫星宽带;欧洲拨款13亿美元用于填补“数字鸿沟”;中国大力推动“互联网+”战略等。 2015年,在谷歌(Google)等互联网巨头的推动和支持下,一网公司(OneWeb)、太空探索公司(SpaceX)、三星(Samsung)、低轨卫星公司(Leosat)等多家企业提出打造由低轨小卫星组成的卫星星座,为全球提供互联网接入服务,在短期内迅速聚集人气,引发全球强烈关注。然而,提供互联网服务的卫星星座并不是一个新事物,20世纪90年代开始不断涌现提供通信和网络服务的卫星星座,有些至今尚未实施,有些部署实施后遭遇破产,有些虽然发展至今,但应用空间仍非常有限。 本文所述的“新兴卫星互联网星座”,指新近发展的、能提供数据服务、实现互联网传输功能的巨型通信卫星星座。新兴卫星互联网星座具有以下特点:从星座规模看,是由成百上千颗卫星组成的巨型星座;从星座构成看,是由运行在低地球轨道(LEO)的小卫星构成;从提供的服务看,主要是宽带的互联网接入服务;从发展卫星互联网星座的企业看,主要是非传统航天领域的互联网企业;从项目发展的起始时间看,是在2014年底至2015年初这段时期。 本文针对2015年发展卫星互联网星座这一情况,在总结历史经验和教训的基础上,探讨新兴卫星互联网星座的创新点和发展机遇。 1 国外卫星互联网星座近30年发展 在太空通过卫星提供通信服务的尝试早已有之。20世纪90年代,有多家企业提出卫星互联网星座计划。如果将提供互联网服务的范畴扩大到话音通信服务(最早的互联网都是通过“拨号上网”进行的),卫星互联网星座的发展历史还可以追溯到20世纪80年代末摩托罗拉公司发展的铱星(Iridium)系统。 与导航和部分对地观测的天基系统不同,从近30年的发展历史看,卫星互联网星座均是由商业企业发展、以盈利为目的的商业项目。从人类航天技术的角度看,技术并不是主要问题,决定卫星互联网星座成败的关键因素还是市场和用户。从更大的范畴看,卫星通信与地面通信同为电信产业的组成部分,从诞生的第一天起就在相互竞争、相互补充与合作中发展前进。因此,过去30年卫星互联网星座计划的成败主要围绕着这一问题展开。如果按照卫星与地面通信的竞争合作关系对卫星互联网星座的发展阶段进行划分,主要可以分为3个历史阶段: 1)第1阶段(20世纪80年代末至2000年):以铱星(Iridium)、全球星(Globalstar)、轨道通信(Orbcomm)、“泰利迪斯”(Teledesic)和“天空之桥”(Skybridge)系统为代表,力图重建一个天基网络、销售独立的卫星电话或上网终端与地面电信运营商竞争用户。 2)第2阶段(2000—2014年):以新铱星、全球星和轨道通信公司为代表,既为电信运营商提供一部分容量补充和备份,也在海事、航空等极端条件下的面向最终用户提供移动通信服务,与地面电信运营商存在一定程度的竞争,但主要还是作为地面通信手段的“填隙”,规模有限。 3)第3阶段(2014年至今):以“另外30亿人”网络公司(O3b Networks)为代表,为全球用户提供干线传输和蜂窝回程业务,地面电信运营商是其客户和合作伙伴,卫星网络成为地面网络的补充。 1.1 卫星互联网星座发展的第1阶段:企图替代地面通信网络 卫星互联网星座的构想最早始于1家地面通信公司摩托罗拉,它希望设计一款具有星间链路和星上处理能力的低轨通信卫星星座,相当于把地面蜂窝网倒置在太空,面向全球提供移动话音服务。在铱星的带动下,同期发展的低轨星座主要有两类:一类是主要以提供话音和低速数据为主的星座,如全球星和轨道通信;另一类主要以互联网接入为主的星座,如泰利迪斯和天空之桥。这些系统的发展遇到了共同的问题,就是系统设计初期地面通信还未兴起,错误地估计了市场,企图替代当时并不发达的地面通信,面向个人消费者提供全球话音通信和网络接入 从这5大系统的发展结果看,铱星系统、全球星系统和轨道通信系统于2000年前后宣告破产;泰利迪斯和天空之桥系统于2002年宣告项目终止,未能实现系统部署和商业服务。从这些系统早期的失败经历看,失败的原因主要还是在商业层面上,即系统前期投资过大而导致入不敷出。 本文认为,早期的失败主要源于3方面的问题:1)市场定位与用户选择;2)技术复杂度与投入成本;3)研发周期与系统能力。 以铱星系统为例,这3方面问题的具体表现为:1)市场定位方面:老铱星系统(破产以前的铱星系统)将“高层次的国际商务旅行者”作为用户,认为这些用户可以为全球卫星通讯服务付出高价,与成本低廉、普及面迅速的GSM/CDMA地面蜂窝系统相比,老铱星没有优势;2)投入成本方面:卫星系统需要在获得第一笔订单之前就建成全部系统,风险很高,而地面通信网络的建设可以逐步进行,可以在回收一部分投入之后逐步扩建系统。全球星和轨道通信系统发展比铱星晚,借鉴了铱星的经验降低系统复杂度,取消星间链路,但最终仍然破产;3)系统能力方面:地面通信的发展遵循摩尔定律,但当时卫星星座的研制和发射周期需要至少10年,铱星在系统设计时确实先进,但此后蜂窝电话发展极其迅速,待到铱星服务之后,技术已经落后,铱星电话的笨重、室内无法使用、通话的可靠性和清晰性低的缺点凸现出来。 1.2 卫星互联网星座发展的第2阶段:卫星成为地面通信的“填隙” 虽然在2000年之后卫星系统在与地面系统的竞争中失利相继破产,但不少企业却巧妙地利用破产摆脱了前期系统建设所欠下的巨额债务,反而重新寻找到了市场机会,焕发了生机。截止目前,全球仍在提供服务的卫星互联网星座还有铱星、全球星和轨道通信系统,并且已经完成了或者正在进行下一代星座卫星的更新换代。天空之桥和泰利迪斯系统发展中止,最终沦为“纸卫星”(即未曾发射、只存在于纸面的卫星系统)。 2000年之后卫星互联网星座之所以能够重新恢复活力,主要在于吸取了过去的失败教训。以铱星公司为例:1)市场定位方面,不再与地面通信正面竞争,将用户定位偏远地区的专业用户,如海上石油钻井平台、采矿、建筑、救灾抢险、野外旅游的组织或个人,正是由于市场定位另辟蹊径,才能使得系统得以存活并实现盈利;2)投入成本方面,以象征性的价格买断了老铱星,老铱星的债务全部剥离,系统成本的减少可以大幅实现通话和数据使用费用的降低,以达到与地面通信接近的价格水平,新铱星公司终于实现了扭亏为盈;3)系统能力方面,升级卫星系统,接近地面系统的能力。解决了卫星终端在室内无法使用的问题,减少卫星终端的尺寸和重量,提高数据服务的速率,使之在机对机(M2M)等特定应用场景下具备一定的竞争力。 1.3 卫星互联网星座发展的第3阶段:卫星与地面系统的补充与合作 从卫星互联网星座发展至今,唯一一家服务之初就取得成功的是“另外30亿人”网络系统(O3b Networks),系统名称取自“要为地球上另外30亿人提供网络服务的愿景”。O3b网络系统成立于2007年,在系统成立之初,市场还对O3b系统持怀疑态度,但自2014年提供商业服务以来,仅用半年时间就达到原计划1年1亿美金的收入水平,得到了市场的认可,证明了卫星互联网星座的发展前景。 与前两个阶段卫星互联网星座不同,O3b之所以取得成功,是因为采取了与地面系统合作的发展理念:1)市场定位方面:O3b从一开始就没有与地面通信竞争的计划,而是将电信运营商作为其客户,为地面通信设施覆盖不到的岛屿和海上大型舰只服务,成为地面通信手段的补充;2)投入成本方面:O3b选择了轨道高度为8000 km左右的中地球轨道(MEO),覆盖范围在南北纬40°之间的区域,将所需的卫星数量缩减至12颗,比起铱星66颗的星座规模,大大降低了系统投入成本;3)产品能力方面:O3b是一个真正的宽带卫星系统,数据传输速率大大超过了铱星和全球星系统,虽然系统容量无法与地面通信手段相比,甚至不如静止轨道宽带卫星,但对于地面设施无法覆盖的地区,已经能够满足基本的网络需求。 2 国外新兴卫星互联网星座的发展态势 2.1 全球主要新兴卫星互联网星座发展概况 目前,卫星互联网虽然还处于发展的初级阶段,但非常活跃,很多互联网企业都积极介入。从2014年底至今,全球范围内至少提出了6个大型低轨卫星星座项目,分别通过各国政府向国际电联(ITU)进行了登记(表 2)。其中最具代表性的主要有3家,分别是O3b,创始人格雷格·惠勒(Greg Wyler)新创立的一网系统(OneWeb);SpaceX和特斯拉汽车创始人埃隆·马斯克(Elon Musk)计划打造的STEAM互联网星座;原天线设备供应商Kymeta公司创始人发展的“低轨卫星”(Leosat)系统,3大主要系统的参数。 对于卫星互联网的部署,需要考虑的关键问题有很多。由于这些计划当前大多处于孕育阶段,因此很多关键技术和商业问题尚未解决,还有待进一步跟踪和观察(表 3)。三大卫星互联网计划的共同点是:选择的均是质量在300 kg以下的小卫星;主要提供宽带互联网服务;相对于传统大型静止轨道宽带卫星和中轨(MEO)互联网星座,价格和时延是主要的竞争力。不同点是:OneWeb主要面向个人消费者和社区,而LeoSat公司主要还是为机构用户服务;OneWeb和SpaceX卫星数量较多,LeoSat使用了高功率卫星平台,单星容量较大,卫星数量大致在80~140颗左右;OneWeb已经获得了频率轨位,SpaceX和LeoSat尚在协调当中,有可能采用光通信链路。 2.1.1 “一网”(OneWeb)卫星互联网星座项目进展 “一网”(OneWeb)卫星互联网星座由OneWeb公司提出,该公司由原O3b创始人格雷格·惠勒(Greg Wyler)于2014年成立。格雷格·惠勒最初是谷歌公司卫星互联网项目的负责人,后离开谷歌创立了OneWeb(原名WorldVu)公司。OneWeb计划打造由650颗低轨卫星组成空间卫星星座,为全球用户提供互联网接入服务。 从目前的融资情况看,OneWeb的发展最为乐观。据估计,OneWeb整个互联网星座至少需要融资25~30亿美元。就2015年6月25日公布的A轮融资结果看,OneWeb已经筹集了5亿美元的资金注入,其中高通公司(Qualcomm)和维珍银河(Virgin Galactic)是OneWeb系统最早一批的投资者,并享有部分OneWeb公司的股权。除上述两家公司,通过与产业链利益相关方合作的方式,OneWeb还获得了多方融资,包括印度和墨西哥的电信运营商、可口可乐、空客、国际通信卫星公司(Intelsat)、法国和美国的进出口的银行等都是OneWeb系统的投资商。 OneWeb星座的部署、运营和服务主要依靠资本合作来完成:卫星制造采用与空客(Airbus)合作的方式;卫星发射由阿里安和维珍银河公司完成;高通负责空中接口的设计和打造双模终端;休斯负责终端的设计,并与可口可乐一起负责产品的分销;卫讯公司负责地面信关站的建设;印度巴哈蒂公司(Bharti Enterprise)和墨西哥通信公司(Totalplay Telecommunications)负责印度和墨西哥市场的分销和服务;洛克维尔-柯林斯公司(Rockwell Collins)公司和汉尼维尔公司(Honeywell)负责航空终端;与Intelsat共享用户和服务。 2.1.2 STEAM卫星互联网星座项目进展 STEAM卫星互联网星座由SpaceX公司提出,该公司由埃隆·马斯克于2002年创立,起初主要从事运载业务,通过成本控制、大幅降低发射费用,在卫星发射领域迅速得到了市场认可。SpaceX计划打造由4000多颗小卫星组成的互联网星座,在全球范围内提供互联网接入服务。STEAM卫星互联网项目反映了SpaceX公司对卫星制造未来发展的预期,希望从卫星制造业务中获得比发射更多的盈利空间,并积累卫星研制经验和能力。 与OneWeb主要从事卫星运营不同的是,SpaceX更加专注于卫星制造,而不是向传统卫星制造商采购卫星,希望能够掌握卫星产业链的上游,逐步从卫星制造、卫星发射的上游向卫星服务延伸。因此,SpaceX需要的融资量将更大,根据SpaceX的估计,开办卫星制造工厂并研制4000多颗低轨卫星共计需要融资100~150亿美元。从前一阶段的融资情况看,SpaceX已经获得了来自谷歌和富达投资公司(Fidelity Investment)10亿美元的投资。 与OneWeb相比,SpaceX当前面临的最大的问题是很难获得频率轨位资源。目前,SpaceX已经通过挪威政府向ITU申报了频率和轨位,从申报的情况来看,卫星数量4257颗,使用Ku和Ka频段,运行在43个轨道面。此外,SpaceX还通过美国无线电通信委员会(FCC)向ITU申报了6~8颗Ku频段试验星,首发星MicroSat-1a和MicroSat-1b预计寿命1年,运行在轨道倾角为86.6°、轨道高度为625 km的圆轨道。 2.1.3 LeoSat卫星互联网星座项目进展 LeoSat卫星互联网星座由“低轨卫星”(LeoSat)公司提出,该公司由前智能天线设备商Kymeta公司的CEO弗恩·佛斯林汉姆(Vern Fotheringham)创立。LeoSat致力于打造120~140颗高功率Ka频段卫星星座,提供全球数据传输服务。与上述两家企业不同,LeoSat公司并不为大众用户提供网络接入服务,他们与O3b类似,只为大型企业和政府提供高速数据接入,未来计划为3000家大型企业和机构用户提供数据传输服务,将自身视为卫星固定运营商的容量补充。 根据LeoSat的对整个卫星系统的估计,LeoSat互联网星座至少需要融资25~30亿美元。与OneWeb和SpaceX顺利获得多家投资相比,LeoSat的融资相对困难,2015年6月,LeoSat与美国纽约一家投资公司签署了合作协议,由该公司负责帮助LeoSat开展首轮融资用于卫星设计。 LeoSat星座的卫星研制与泰雷兹-阿莱尼亚公司(TAS)合作完成。TAS完成过两大低轨星座的研制(铱星和全球星),根据目前签署的合同,TAS目前只负责卫星的设计评估。全部80颗卫星订单的归属还将通过招标来完成,最终根据星座设计的不同,卫星数量也有可能增至120颗。从系统设计看,LeoSat星座将会使用星间链路,甚至有可能采用光通信,因为光通信在空间会比地面光纤传输的速度还快。在单星设计方面,LeoSat将会使用高功率卫星平台,通过提高单星能力的方式减少卫星数量。 2.2 典型新兴卫星互联网星座的优势和风险 从三大卫星互联网星座的发展看,目前进展最快的是OneWeb,已经明确了频率、资金、芯片技术、卫星制造、发射和营销。因此,以下主要以OneWeb为研究对象,对比早期的卫星互联网系统及另外两大系统STEAM和LeoSat,对OneWeb的优势和风险进行分析。 2.2.1 “一网”(OneWeb)的优势 1)率先申请频率轨位的使用权。卫星互联网成败的关键之一就是能否获得频率资源。目前除OneWeb确认获得了Ku频段频率资源外,包括SpaceX和LeoSat公司在内都还没有获得频率资源。2015年初以来,全球掀起了卫星互联网热潮,许多企业都向全球无线电频率协调委员会(ITU)提出了动辄数千颗卫星的频率轨位申请(表 2),企业无法在短时间内获得频率轨位资源,有可能会拖延卫星互联网星座计划的发展进度,频率轨位的投机和炒作甚至导致恶性竞争。 ITU对于频率资源的申请实行“先到先得”的原则。OneWeb在2014年完成了频率轨位的申请(20世纪90年代Skybridge星座的频率轨位资源)。为了避免干扰静止轨道卫星,OneWeb采用一种功率升降技术,在低轨卫星在经过赤道上空时调整卫星的功率通量密度,避免对静止轨道卫星的地面服务进行干扰。OneWeb还与全球最大的静止轨道卫星运营商Intelsat达成合作协议,为频率协调提供了极大的便利。OneWeb通过提前申请到频率轨位资源,抢占了发展的先机。 2)独特的市场定位和竞争策略。从卫星互联网星座的发展历程看,如何处理卫星与地面的关系是决定成败的关键。在这一点上,OneWeb充分继承了O3b的成功经验,与电信运营商合作,同时吸取铱星的教训,不再出售卫星电话与地面竞争。OneWeb的服务主要有两个特点:一是卫星提供蜂窝回程服务,解决“最后1公里”的问题,而骨干网服务还是由各大电信运营商完成,或是将卫星接收设备做小区“热点”,拓展现有的地面网络。二是将个人消费者(家庭、学校或社区)作为目标客户,不出售类似铱星电话似的专用卫星终端设备,不与发展较快的智能手机和平板电脑争夺用户,用户可以继续使用现有的智能手机和平板电脑访问卫星网络。 OenWeb之所以选择这样的服务模式,原因有二:一是看到了地面光纤服务的瓶颈,虽然光纤具有带宽大、可靠性高、低延迟等优势,但考虑到经济性的原因,地面光纤网络还只能覆盖人口较为密集的地区,仍然有大量区域无法接入互联网。以非洲为例,在一个地面基站覆盖的25 km的范围内,通常只有4.4%的人口,而目前非洲光纤仅覆盖30.8%的非洲人口,因此发展空间很大。二是“最后1公里”的宽带接入服务是所有卫星宽带服务中增长最快、最具发展前景的。根据美国北方天空研究所(NSR)的预测,到2023年,全球卫星互联网接入需求容量将从目前的不到80 Gbit/s增值729.33Gbit/s。 3)传统与创新相结合的销售渠道。终端和服务的分销对于大众消费市场非常重要,在20世纪90年代,铱星是通过电信运营商销售卫星电话的,最终销售惨淡;2000年之后铱星改由各级代理销售,情况有所改善,但代理良莠不齐、价格竞争、服务水平都成为影响消费者满意度的关键问题。OneWeb采取了传统与创新相结合的方式:既选择在宽带卫星运营和相关地面设备销售非常有经验的休斯网络公司(HughesNetworks),利用其完善的销售渠道和丰富的销售经验,主攻传统行业用户,又创新性地选择与可口可乐公司合作,利用可口可乐遍布全球的销售网点,更加贴近大众消费市场。同时,可口可乐零售店本身也可以作为OneWeb网络的用户。 2.2.2 “一网”(OneWeb)的风险 1)卫星星座设计风险。新兴的卫星互联网均将目光聚焦在了低轨互联网星座上,比起位于中轨的O3b星座,时延是主要竞争力。运行在8000 km轨道高度的O3b只需12颗卫星就能覆盖地球南北纬40°大部分的市场,但卫星的轨道高度越低,单星覆盖范围更小,要求组成星座的卫星更多。按照OneWeb 650颗卫星的设计,考虑到发射失败和故障的以外因素,至少需要建造900颗卫星。 轨道设计也更复杂(需要包含倾斜轨道面和极轨道),卫星会在极地上空停留更长时间,地面终端需要做更多的信号切换,同时加大了地面终端的设计难度。假设固定接收终端的天线口径为30 cm,仰角15°,天线的覆盖区内有数个子波束,当卫星飞行经过,天线在每个波束之间大约45 s就需要切换1次。如果考虑到卫星处在不同的轨道面,终端设计更加复杂。 2)现有发射能力风险。OneWeb卫星如果从2017年底开始发射,到ITU授权的频率轨位到期前(2020年)完成,需要在2~3年内完成900多颗卫星的发射(650颗在轨卫星+备份星),是一个巨大的挑战。20世纪90年代,Teledesic系统为了解决发射能力不足的问题,曾提出用苏联的洲际弹道导弹发射卫星。OneWeb卫星的发射还是由普通运载火箭完成,发射合同授予了阿里安和维珍银河。阿里安公司的联盟号火箭将分21批发射,每批发射32~36颗卫星(首发10颗卫星),维珍银河公司的“发射者一号”火箭(LauncherOne)每批发射1~3颗卫星,作为星座的填隙和灵活部署。 密集的发射任务对发射服务提供商提出了很大考验。其中最大的风险在于发射服务提供商其它的用户任务影响OneWeb卫星的发射。例如,欧洲伽利略导航卫星星座(Galileo)的发射与O3b都选择了阿里安火箭,在发射安排上遇到了冲突,最终导致O3b发射延迟。此外,维珍银河公司的“发射者一号”火箭目前还在研制当中,OneWeb卫星是“发射者一号”火箭的首次发射,发射能力和成功率尚待观察,有可能成为阻碍OneWeb顺利部署的“绊脚石”。 从全球发射市场的容量看,现有的卫星发射能力不能满足未来几年卫星互联网星座的发射需求。据美国北方天空研究所(NSR)对2010—2024年拟发射卫星的数量进行的预测,过去5年,全球每年大约发射200多颗卫星,但从2017年起,由于OneWeb星座发射启动,待发射卫星数量猛增至300~400颗,大大超过了发射服务提供商的发射能力,因此OneWeb星座的发射存在风险。 3)低轨恶劣空间环境的考验。地球的外层空间位于700~10000 km高度有2条高能质子辐射带,即范·艾伦辐射带。OneWeb为降低卫星的发射质量(大约150 kg)、减少发射成本、提高发射数量,计划卫星采用电推进,火箭首先将卫星送入500 km高度轨道,之后通过电推进到达预定轨位。卫星变轨的过程中,需要频繁穿越高能质子辐射带,会对卫星的电子系统的正常工作造成很大影响,因此对卫星抗辐射能力提出了很高的要求。 卫星在变轨过程中,不仅会受到空间辐射的影响,还会存在与微流星体和轨道碎片碰撞的风险。2009年俄罗斯宇宙-2251卫星与铱-33卫星在790 km的轨道高度发生碰撞,2颗卫星相撞造成的空间碎片成百上千,碰撞低轨卫星的概率很大。在轨道碎片的避让方面,化学推进系统卫星更加灵活,而OneWeb卫星采用电推进系统,也不利于避让空间碎片。此外,OneWeb卫星数量众多,退役后一旦成为新的太空垃圾,将会对后续卫星产生很大影响。 3 新兴卫星互联网星座发展的机遇与挑战 在星座设计、市场定位和服务模式方面,新兴卫星互联网星座与早期的系统有明显不同。但应该注意的是,如今的市场环境已经与20世纪90年代有显著不同,各类“互联网+”层出不穷,盈利手段多种多样;小卫星快速发展,批量制造逐步成熟,卫星的规模化生产可大幅降低研制成本。这些外部因素的变化也同样影响着未来新兴卫星互联网星座的发展前景。 3.1 发展机遇 3.1.1 “互联网+通信卫星星座”丰富盈利方式 从卫星互联网星座过去的发展看,一直作为地面通信手段的“填隙”和“补充”,用户规模非常有限,单纯通过收取通信和网络使用费用的方式不足以满足投资者对如此巨额的回报期望。而今,无论是市场环境还是用户的消费习惯已与过去大不相同,智能手机、广告和各类应用推动了电子商务的快速发展,并在此基础之上衍生的各类“互联网+”逐渐成为盈利的重要方式,消费者开始习惯为了内容服务支付费用,通信和网络服务不再是运营商获利的唯一手段。未来,一旦卫星互联网成功建立,就相当于有了庞大的数据入口,可以提供各种各样的服务,牵引形成一个巨大的商业市场。 除此之外,铱星下一代星座(Iridium-NEXT)也为低轨星座通过有效载荷搭载获得收入提供了范例。铱星二代卫星上搭载了81台“ADS-B”有效载荷,用于接收商用飞机发出的定位信号。目前,有效载荷搭载主要应用在静止轨道通信卫星上,而在低轨星座上搭载有效载荷在通信、对地观测、侦查监视等领域应用价值更大。OneWeb数百颗的小卫星可以采用分批建造、分批发射的方式,有效载荷搭载作为一项可能的服务,可以用于扩大收入。新兴互联网星座卫星数量重多,更新周期短,灵活性更高,比铱星二代更具市场吸引力。 3.1.2 批量制造降低研制成本、缩短研制周期 从20世纪90年代卫星互联网的失败教训看,星座投入成本越高、用户负担越大、研制周期过长,越有可能错过发展时机。为此,OneWeb卫星的制造由空客公司卫星研制团队和航空工程师共同完成,将航空飞机的批量制造经验融合到卫星研制中,并希望以此将卫星的研制成本降至单星50万美元以下。 随着小卫星的发展,越来越多的卫星项目开始使用非航天级别的商业现货部组件;形成了得到广泛认可官方或非官方的标准,模块化的接口设计为批量制造和发射提供可能;各个供应商提供的卫星部组件之间的互操作能力不断增强,更容易实现规模生产;3D打印技术开始应用到卫星制造领域,从CAD模型开始,利用传统打印机逐层打印的概念,直接形成小卫星或卫星部件,卫星的研制成本和研制周期大大缩短。 已经有多家企业开始“批量生产”小卫星的尝试。例如,2013年,美国雷声公司将一条导弹生产线改装,将其称为“空间工厂”,用于美国国防高级研究计划局(DARPA)SeeMe小卫星的研制,2014年至今,雷声公司还计划批量研制出18颗小卫星。未来,OneWeb可以充分利用近些年小卫星在批量生产领域形成的能力和经验,通过批量研制降低卫星成本、缩短研制周期。 3.1.3 互联网企业更加注重创新带来的活力 企业发展的动力是创新。无论是过去卫星互联网星座还是今天的OneWeb,都是由一批最具创新能力的企业家提出的。20世纪90年代,Teledesic系统是由比尔·盖茨投资的,OneWeb项目计划最初是由谷歌公司提出的。卫星互联网星座取得的社会关注度,很大程度上跟这些企业的影响力和创造力分不开,这些企业在其他领域都获得了辉煌的成就,并且看到了这个被长期忽视的航天市场的巨大潜力和发展机遇,希望借助在其他领域取得的技术积累和先进经验,重塑卫星产业。 对于一般的大型企业,通常由于过度关注利润和股东利益,因而创新的优先级并不高。但谷歌等全球大企业则把创新业务与核心业务分开,在保证核心搜索业务全球领先的同时,也非常重视创新项目的研发。与此同时,这些新兴卫星互联网企业积极与传统卫星企业展开对话与合作,在创新的同时,也没有完全摒弃过去的行业积累。 3.2 面临的挑战 3.2.1 前期投入过大影响企业生存 卫星互联网计划最大的风险还是来自经济层面。美国航天咨询公司北方天空研究所(NSR)通过负债比这一经济指标,对互联网卫星企业的未来收入做了大致估算。NSR按照每户每月50美元计算,未来打造卫星互联网星座的企业至少需要获得1000万的用户量级才能获得盈利,实现这样的目标难度很高。以卫讯公司(ViaSat)为例,该公司自2011年发射首颗Ka频段静止轨道宽带卫星以来,2014年宽带用户数只有63万,即使算上有效载荷搭载和网络内容收入,这些新兴的卫星互联网企业仅靠网络业务收入将难以回收成本。 3.2.2 落地权与频率协调难度很大 在三大新兴卫星互联网星座中,OneWeb是最早从ITU获得Ku频段使用权的企业,但OneWeb并非拥有Ku频段的所有权,其他竞争企业依然可以申请。为此,首先需要与已经获得低轨频率资源的OneWeb进行协调,同时还需与赤道上空申请频段的静止轨道运营商进行协调。这样的频率协调难度非常大,因为新兴竞争者在低轨提供互联网接入服务,与OneWeb属于竞争关系,必然会受到OneWeb百般阻挠。即便是已经获得频率轨位的OneWeb,也需要与静止轨道运营商协调,低轨星座提供的互联网接入服务与静止轨道宽带服务属于同一类服务,面向相同的用户群,必然也会受到静止轨道运营商的掣肘。 除频率协调,还有落地权问题。如果要在全球提供服务,还需要与各国政府进行频率协调。在欧洲、美国和巴西等国家取得频率授权相对容易,但印度和中国等需要做大量工作,并且必须在2020年ITU收回频率轨位资源授权之前完成。 3.2.3 面临地面和其它卫星系统的竞争 就目前提供宽带互联网服务的各种技术手段对比看,低轨互联网星座是一种较为折中的技术方案:对比网络性能的关键指标时延,LEO星座的时延已经能够接近地面光纤和蜂窝通信,满足VOIP、视频会议、在线游戏等交互式通信应用的要求,大大优于GEO宽带卫星和MEO星座;对比用户的使用成本,LEO星座与GEO宽带卫星接近,但与地面通信手段仍有差距;对比系统容量,虽然LEO星座大大超过了GEO宽带卫星,但GEO卫星在点波束中提供的集中式容量仍然具有优势;对比全球覆盖范围和填补数字鸿沟的能力,LEO星座优势明显。 OneWeb未来将面临多方面的挑战:一方面,由于卫星系统的服务具有滞后性,地面通信正在大力推动5G的发展,很难预测到2020年OneWeb系统全部建成之后是否会再次落后于地面通信;另一方面,包括谷歌在内的其它互联网企业也在尝试各种“高空通讯系统”解决方案,其中包括在大气层放飞成千上万的巨大气球给偏远地区提供网络的“潜鸟”(Loon)计划,而脸书公司(Facebook)着眼于通过静止轨道卫星、无人机和激光器提供高空互联网服务。 4 结论与展望 4.1 结论 自2014年底全球兴起卫星互联网星座热潮以来,目前尚无一家企业明确阐述其自身的商业模式和研制方案。因此,国外新兴卫星互联网星座的具体计划到目前为止还是未知数,需要后续不断跟踪和研究。但通过对过去发展经验的总结和对新兴计划最新情况的分析,现阶段可得到的结果如下。 4.1.1 新兴卫星互联网星座处于探索阶段,卫星通信与互联网融合是产业发展方向之一 新兴卫星互联网星座自2014年底开始至今,只有1年多的发展时间,还处于初期探索阶段,系统设计、商业渠道和盈利模式尚不成熟。但从未来的系统规模、市场机会和系统能力看,其发展前景广阔,因此在短时间内迅速汇集了大量的资本、技术和合作伙伴,虽然目前还远未达到系统稳定运行、产业成熟发展的阶段,但考虑到互联网给人类生活带来的巨大变化和行业价值,未来在投资融资渠道、系统研发、产品服务的领域,将卫星通信服务融入“互联网+”,蕴涵了巨大的商机,是通信卫星产业未来的发展方向之一。 4.1.2 新兴卫星互联网星座的发展不是历史的简单重复,是市场和技术综合发展的结果 虽然今天的卫星互联网星座与20世纪90年代的Teledesic等计划类似,但新兴卫星互联网星座与过去有着显著不同:首先,市场需求不同,互联网从出现、快速发展到今天,用户规模和消费习惯与20世纪90年代相比不可同日而语,内容消费和大数据带来的市场价值已经得到显现;其次,研制方式不同,小卫星的快速发展使得卫星批量生产成为可能,这将解决长期以来困扰卫星制造业的成本高、周期长的问题,是推动未来卫星产业发展的关键;第三,竞争方式不同,新兴卫星互联网星座OneWeb在发展过程中呈现出来的合作和开放性能够帮助企业迅速汇聚资本、吸引能力、立足市场,为传统卫星产业带来了活力。 4.1.3 卫星互联网星座经历了近30年的发展,如何处理好与地面通信的竞争是影响成功的关键因素 20世纪80年代末提出全球首个卫星互联网星座计划以来,至今已经历了超过30年的时间,对各个星座计划的失败、复活到重生的经验教训的总结,可以认为,从人类航天技术发展的角度看,一个商业运行的互联网星座的发展并非受限于技术问题,关键在于市场竞争中处理好与地面各类通信手段的相互关系。从过去或失败或成功的经验看,卫星互联网虽然具备一定的覆盖优势,但从技术能力和服务水平均全面落后于地面通信手段,因此,与地面通信的竞争或许在某个小的细分应用领域会成功,但主流市场中机会不大。未来只有能充分与地面系统实现兼容互操作的卫星系统才会真正赢得市场,天地一体化是卫星互联网星座成功的途径之一。 4.1.4 新兴卫星互联网星座发展的机遇与风险并存,影响未来成功的核心在于市场和用户 卫星互联网星座在全球网络接入方面的价值毋庸置疑,但是现阶段,机遇主要有3点:一是作为地面通信手段的补充解决“最后1公里”的问题;二是批量生产带来的成本下降;三是互联网企业家创新带来的无限可能。风险也有很多,主要有3点:1)系统建设的技术风险;2)卫星交付的发射风险;3)市场竞争的发展空间。其中最核心的问题在于是否能够以降低系统成本或是通过其它收入手段降低服务费用,从而赢得市场和用户,因为用户规模是互联网发展的关键。 4.2 启示 4.2.1 国外新兴卫星互联网星座的建设对中国信息安全带来重要隐患 长期以来,中国卫星直播业务的发展受到政策的限制,个人家庭不得私自安装卫星天线接收国外卫视节目,中国境内访问国外的互联网网站受到一定限制,其初衷都来自于对中国信息安全、政治环境稳定的考虑。然而,一旦国外卫星互联网星座成功完成部署,中国市场无疑将会是竞争的热点和重要的利益来源地,这种跨国界的全球互联网接入业务势必会带来信息安全问题。对于早期的卫星互联网星座,中国只要通过信关站、落地权和禁止卫星终端的销售,就可以限制大部分卫星互联网接入业务进入中国,但仍然无法控制一些非法的途径。国外新兴的卫星互联网星座一但建成,普通用户可以通过地面手持终端非法访问国外网站,管控的难度比卫星电视更大,更有可能危及国家信息安全,值得重点关注。 4.2.2 卫星互联网星座在应急救灾、国土安全和海外军事存在等方面具有巨大价值 国外发展卫星互联网星座均是商业部门,追求的是互联网接入带来的直接或间接的巨大经济利益,但是卫星互联网星座除了商业用途之外,不应忽视其具有的公益属性和军用潜力。中国幅员辽阔,海洋领土超过300万km2,民航乘客尚无法实现互联网接入,偏远农村和西部沙漠、戈壁等大部分区域至今仍是通信盲区,依靠现有通信手段无法保障远洋经济利益和军事存在,一个全球性的卫星通信系统是填补这些地区的数字鸿沟和境内外应急救援的重要解决方案。目前,中国拥有全球最多的互联网用户,互联网能够满足话音、视频、数据等多种应用需求,因此,建设一个具有中国特色的,由国家财政保障、政府组织协调、企业分工合作的大型卫星互联网系统切实可行,符合中国核心利益,具备重要价值。 4.2.3 新兴卫星互联网星座将会影响和推动传统卫星制造变革,小卫星即将步入大规模商用阶段 在传统卫星制造领域,与10年前变化并不太大。制造商为了追求可靠性,使用的均是经过反复验证的技术和产品,研制出的卫星重复程度很高,制造商考虑的是如何利用现有产品满足客户需求,导致产品之间的差别非常小。但随着制造商能力的普遍提高,市场过度供应,导致利润的降低,产业经济效益的不足使得这些制造商研发新的产品。而新兴卫星互联网星座是近年来卫星制造领域最具创新性的系统,卫星研制采取了传统航天产业与航空工业相融合的“跨界模式”,增加商用工业级器件比例,通过标准化、模块化实现小卫星的批量生产,降低卫星研制成本。国外传统卫星制造商正在积极参与卫星互联网星座的研制,而在这过程中涌现出来的新的小卫星技术将成为影响卫星制造未来发展的关键,这些经验和技术将向传统大型卫星制造领域流动,成为推动卫星制造业发展变革的重要动力。 4.2.4 新兴卫星互联网星座更加关注数据和用户,将为传统通信卫星运营带来新思路 传统通信卫星运营商的业务重点主要集中在采购卫星和提供容量上,盈利模式简单,收入来源固定,市场和发展空间非常有限。新兴卫星互联网为传统通信卫星运营商提供一种新的发展思路,这些新兴卫星互联网企业大多具备互联网的行业背景,将关注点放在消费者服务和数据方向,卫星更多的是被看作是实现企业核心能力的媒介,打造卫星互联网星座可以掌握大量的用户数据,从海量的数据中分析用户需求,开展面向最终用户的服务,进入利润蓝海。传统意义上用制造、发射、运营、服务对产业链进行分割不再使用,上下游的合作和融合,必将造就新的商业模式,带来丰厚的产业收入。 4.3 建议 4.3.1 抓紧发展机遇期,大力推动互联网卫星星座建设,中国卫星产业蓬勃发展可期 自20世纪90年代以来,卫星通信产业一直受到光纤和无线通信等地面通信手段的挤压,长期处于作为地面电信备份和应急保障的配角地位,发展规模和市场关注程度十分有限。我国卫星通信产业更是受到政策限制,市场迟迟不能开放,进而影响到地面设备制造、系统集成和网络运营能力的提高。中国已经错过了在卫星直播电视领域已形成规模化的产业,应用水平与发达国家的差距越来越大。 此次由国外高科技龙头力推卫星互联网星座,大大改变了人们对商业卫星通信产业发展的预期,会有越来越多的资本、人才和商业模式涌入卫星通信产业。同时,随着中国大力推动“一带一路”的发展,并将航空航天产业纳入《中国制造2025》战略规划,许多境内外的行业将依赖卫星通信系统提供的服务,中国卫星通信产业面临前所未有的发展机遇。而卫星互联网星座能够带来人均卫星基础设施使用成本的降低,将带来用户数量的增长,当价格稳定下来之后,行业的利润也会大幅提升。卫星互联网星座为产业发展提供了重要引擎,中国的通信卫星制造单位以及面向通信行业及基础设施将会全面受益。 4.3.2 充分发挥民营资本在卫星互联网星座建设中的作用,传统卫星制造商必将长期受益 随着中国政府开始放开过去由国企垄断的航天行业,希望通过引入资本竞争以增强航天企业的竞争力,“国务院关于创新重点领域投融资机制鼓励社会投资的指导意见”明确鼓励民间资本正式进入空间领域。通信卫星作为互联网重要的基础设施,已经得到了谷歌等国外高科技领军企业充分的认可,而中国百度、阿里、腾讯(BAT)等互联网公司都表示出对卫星应用产业的兴趣,卫星互联网民用价值更大,更加适合得到更多民营资本的支持。 作为中国通信卫星研制的领军企业,中国航天五院将会享受卫星互联网建设带来的丰厚利润。卫星通信产业链的四部分构成卫星制造、卫星运营、地面系统和终端设备,前两部分是寡头垄断、后两部分是竞争红海。航天五院显然在卫星制造领域占据绝对优势,BAT企业开展的各类服务越成熟、越廉价、越大众,对上游的卫星制造的要求就越高,五院的市场机会就越多。五院应当抓住历史机遇期,加紧宽带卫星和互联网星座的论证和研制,积极在这轮通信卫星应用产业化大潮中抢占优势地位。 4.3.3 创新是推动卫星互联网发展浪潮的主要驱动力,中国传统卫星企业必须大力推动创新 从提供的服务来看,传统静止轨道宽带卫星与低轨星座、无人机、高空气球等其他互联接入服务平台类似,一旦这些系统成功部署,将会极大的影响传统卫星企业的生存空间。新兴卫星企业跟拥有大量设备、技术、人才和资本的传统企业相比,在任何一个方面都微不足道,唯一的差别在于自由与创新。 随着越来越多非传统航天企业进入卫星产业,原有的资源、技术、渠道垄断逐渐被打破,依然靠国家、靠政府的投入模式将难以为继,传统卫星企业必须利用自身的技术和资本优势找到自己的竞争优势。为此,传统卫星企业必须像这些创业者们一样学习,对创新理念、管理方式和商业投资保持同样的热情,才能在竞争中利于不败之地。 4.3.4 频率轨位资源是重要的战略高地,中国应谋求全球卫星星座资源的提前布局 卫星频率轨道资源是国家发展的战略性稀缺资源,是空间基础设施建设的基础。长期以来,中国在静止轨道频率轨位资源协调方面遇到了诸多阻力和困难,卫星资源储备不足,影响了相关卫星业务的开展。国外卫星互联网星座频率轨位的争夺再次说明频率的重要性和核心地位。获得频率资源的企业能够在短期内获得资金帮助和合作伙伴,落后一步发展的企业频率协调遇到了极大困难,即使技术、资金和市场条件俱全也进展缓慢。 中国随着国际化发展的不断深入,对于独立自主可控,并且具备全球化能力的通信基础设施的依赖将会越来越多,覆盖全球的通信卫星星座是重要的天基基础设施保障,因而中国应当通过各种可行的建设方式(包括商业合作等),加强卫星资源储备、卫星和地面设施等资源的统筹协调与建设,为未来可能的星座建设做好资源储备。

国外卫星互联网星座的发展研究 科技导报 刘悦, 廖春发 20世纪90年代以来,特别是在智能移动终端功能日渐丰富、成本不断降低、各类应用蓬勃发展的今天,建设融语音、数据、视频为一体,覆盖广泛、经济实用的互联网,成为世界各国为推动经济增长而大力构建的重要基础设施。例如,美国“恢复与再投资计划”拨款72亿美元用于国家宽带建设;加拿大拨款2.25亿美元用于发展卫星宽带;欧洲拨款13亿美元用于填补“数字鸿沟”;中国大力推动“互联网+”战略等。 2015年,在谷歌(Google)等互联网巨头的推动和支持下,一网公司(OneWeb)、太空探索公司(SpaceX)、三星(Samsung)、低轨卫星公司(Leosat)等多家企业提出打造由低轨小卫星组成的卫星星座,为全球提供互联网接入服务,在短期内迅速聚集人气,引发全球强烈关注。然而,提供互联网服务的卫星星座并不是一个新事物,20世纪90年代开始不断涌现提供通信和网络服务的卫星星座,有些至今尚未实施,有些部署实施后遭遇破产,有些虽然发展至今,但应用空间仍非常有限。 本文所述的“新兴卫星互联网星座”,指新近发展的、能提供数据服务、实现互联网传输功能的巨型通信卫星星座。新兴卫星互联网星座具有以下特点:从星座规模看,是由成百上千颗卫星组成的巨型星座;从星座构成看,是由运行在低地球轨道(LEO)的小卫星构成;从提供的服务看,主要是宽带的互联网接入服务;从发展卫星互联网星座的企业看,主要是非传统航天领域的互联网企业;从项目发展的起始时间看,是在2014年底至2015年初这段时期。 本文针对2015年发展卫星互联网星座这一情况,在总结历史经验和教训的基础上,探讨新兴卫星互联网星座的创新点和发展机遇。 1 国外卫星互联网星座近30年发展 在太空通过卫星提供通信服务的尝试早已有之。20世纪90年代,有多家企业提出卫星互联网星座计划。如果将提供互联网服务的范畴扩大到话音通信服务(最早的互联网都是通过“拨号上网”进行的),卫星互联网星座的发展历史还可以追溯到20世纪80年代末摩托罗拉公司发展的铱星(Iridium)系统。 与导航和部分对地观测的天基系统不同,从近30年的发展历史看,卫星互联网星座均是由商业企业发展、以盈利为目的的商业项目。从人类航天技术的角度看,技术并不是主要问题,决定卫星互联网星座成败的关键因素还是市场和用户。从更大的范畴看,卫星通信与地面通信同为电信产业的组成部分,从诞生的第一天起就在相互竞争、相互补充与合作中发展前进。因此,过去30年卫星互联网星座计划的成败主要围绕着这一问题展开。如果按照卫星与地面通信的竞争合作关系对卫星互联网星座的发展阶段进行划分,主要可以分为3个历史阶段: 1)第1阶段(20世纪80年代末至2000年):以铱星(Iridium)、全球星(Globalstar)、轨道通信(Orbcomm)、“泰利迪斯”(Teledesic)和“天空之桥”(Skybridge)系统为代表,力图重建一个天基网络、销售独立的卫星电话或上网终端与地面电信运营商竞争用户。 2)第2阶段(2000—2014年):以新铱星、全球星和轨道通信公司为代表,既为电信运营商提供一部分容量补充和备份,也在海事、航空等极端条件下的面向最终用户提供移动通信服务,与地面电信运营商存在一定程度的竞争,但主要还是作为地面通信手段的“填隙”,规模有限。 3)第3阶段(2014年至今):以“另外30亿人”网络公司(O3b Networks)为代表,为全球用户提供干线传输和蜂窝回程业务,地面电信运营商是其客户和合作伙伴,卫星网络成为地面网络的补充。 1.1 卫星互联网星座发展的第1阶段:企图替代地面通信网络 卫星互联网星座的构想最早始于1家地面通信公司摩托罗拉,它希望设计一款具有星间链路和星上处理能力的低轨通信卫星星座,相当于把地面蜂窝网倒置在太空,面向全球提供移动话音服务。在铱星的带动下,同期发展的低轨星座主要有两类:一类是主要以提供话音和低速数据为主的星座,如全球星和轨道通信;另一类主要以互联网接入为主的星座,如泰利迪斯和天空之桥。这些系统的发展遇到了共同的问题,就是系统设计初期地面通信还未兴起,错误地估计了市场,企图替代当时并不发达的地面通信,面向个人消费者提供全球话音通信和网络接入 从这5大系统的发展结果看,铱星系统、全球星系统和轨道通信系统于2000年前后宣告破产;泰利迪斯和天空之桥系统于2002年宣告项目终止,未能实现系统部署和商业服务。从这些系统早期的失败经历看,失败的原因主要还是在商业层面上,即系统前期投资过大而导致入不敷出。 本文认为,早期的失败主要源于3方面的问题:1)市场定位与用户选择;2)技术复杂度与投入成本;3)研发周期与系统能力。 以铱星系统为例,这3方面问题的具体表现为:1)市场定位方面:老铱星系统(破产以前的铱星系统)将“高层次的国际商务旅行者”作为用户,认为这些用户可以为全球卫星通讯服务付出高价,与成本低廉、普及面迅速的GSM/CDMA地面蜂窝系统相比,老铱星没有优势;2)投入成本方面:卫星系统需要在获得第一笔订单之前就建成全部系统,风险很高,而地面通信网络的建设可以逐步进行,可以在回收一部分投入之后逐步扩建系统。全球星和轨道通信系统发展比铱星晚,借鉴了铱星的经验降低系统复杂度,取消星间链路,但最终仍然破产;3)系统能力方面:地面通信的发展遵循摩尔定律,但当时卫星星座的研制和发射周期需要至少10年,铱星在系统设计时确实先进,但此后蜂窝电话发展极其迅速,待到铱星服务之后,技术已经落后,铱星电话的笨重、室内无法使用、通话的可靠性和清晰性低的缺点凸现出来。 1.2 卫星互联网星座发展的第2阶段:卫星成为地面通信的“填隙” 虽然在2000年之后卫星系统在与地面系统的竞争中失利相继破产,但不少企业却巧妙地利用破产摆脱了前期系统建设所欠下的巨额债务,反而重新寻找到了市场机会,焕发了生机。截止目前,全球仍在提供服务的卫星互联网星座还有铱星、全球星和轨道通信系统,并且已经完成了或者正在进行下一代星座卫星的更新换代。天空之桥和泰利迪斯系统发展中止,最终沦为“纸卫星”(即未曾发射、只存在于纸面的卫星系统)。 2000年之后卫星互联网星座之所以能够重新恢复活力,主要在于吸取了过去的失败教训。以铱星公司为例:1)市场定位方面,不再与地面通信正面竞争,将用户定位偏远地区的专业用户,如海上石油钻井平台、采矿、建筑、救灾抢险、野外旅游的组织或个人,正是由于市场定位另辟蹊径,才能使得系统得以存活并实现盈利;2)投入成本方面,以象征性的价格买断了老铱星,老铱星的债务全部剥离,系统成本的减少可以大幅实现通话和数据使用费用的降低,以达到与地面通信接近的价格水平,新铱星公司终于实现了扭亏为盈;3)系统能力方面,升级卫星系统,接近地面系统的能力。解决了卫星终端在室内无法使用的问题,减少卫星终端的尺寸和重量,提高数据服务的速率,使之在机对机(M2M)等特定应用场景下具备一定的竞争力。 1.3 卫星互联网星座发展的第3阶段:卫星与地面系统的补充与合作 从卫星互联网星座发展至今,唯一一家服务之初就取得成功的是“另外30亿人”网络系统(O3b Networks),系统名称取自“要为地球上另外30亿人提供网络服务的愿景”。O3b网络系统成立于2007年,在系统成立之初,市场还对O3b系统持怀疑态度,但自2014年提供商业服务以来,仅用半年时间就达到原计划1年1亿美金的收入水平,得到了市场的认可,证明了卫星互联网星座的发展前景。 与前两个阶段卫星互联网星座不同,O3b之所以取得成功,是因为采取了与地面系统合作的发展理念:1)市场定位方面:O3b从一开始就没有与地面通信竞争的计划,而是将电信运营商作为其客户,为地面通信设施覆盖不到的岛屿和海上大型舰只服务,成为地面通信手段的补充;2)投入成本方面:O3b选择了轨道高度为8000 km左右的中地球轨道(MEO),覆盖范围在南北纬40°之间的区域,将所需的卫星数量缩减至12颗,比起铱星66颗的星座规模,大大降低了系统投入成本;3)产品能力方面:O3b是一个真正的宽带卫星系统,数据传输速率大大超过了铱星和全球星系统,虽然系统容量无法与地面通信手段相比,甚至不如静止轨道宽带卫星,但对于地面设施无法覆盖的地区,已经能够满足基本的网络需求。 2 国外新兴卫星互联网星座的发展态势 2.1 全球主要新兴卫星互联网星座发展概况 目前,卫星互联网虽然还处于发展的初级阶段,但非常活跃,很多互联网企业都积极介入。从2014年底至今,全球范围内至少提出了6个大型低轨卫星星座项目,分别通过各国政府向国际电联(ITU)进行了登记(表 2)。其中最具代表性的主要有3家,分别是O3b,创始人格雷格·惠勒(Greg Wyler)新创立的一网系统(OneWeb);SpaceX和特斯拉汽车创始人埃隆·马斯克(Elon Musk)计划打造的STEAM互联网星座;原天线设备供应商Kymeta公司创始人发展的“低轨卫星”(Leosat)系统,3大主要系统的参数。 对于卫星互联网的部署,需要考虑的关键问题有很多。由于这些计划当前大多处于孕育阶段,因此很多关键技术和商业问题尚未解决,还有待进一步跟踪和观察(表 3)。三大卫星互联网计划的共同点是:选择的均是质量在300 kg以下的小卫星;主要提供宽带互联网服务;相对于传统大型静止轨道宽带卫星和中轨(MEO)互联网星座,价格和时延是主要的竞争力。不同点是:OneWeb主要面向个人消费者和社区,而LeoSat公司主要还是为机构用户服务;OneWeb和SpaceX卫星数量较多,LeoSat使用了高功率卫星平台,单星容量较大,卫星数量大致在80~140颗左右;OneWeb已经获得了频率轨位,SpaceX和LeoSat尚在协调当中,有可能采用光通信链路。 2.1.1 “一网”(OneWeb)卫星互联网星座项目进展 “一网”(OneWeb)卫星互联网星座由OneWeb公司提出,该公司由原O3b创始人格雷格·惠勒(Greg Wyler)于2014年成立。格雷格·惠勒最初是谷歌公司卫星互联网项目的负责人,后离开谷歌创立了OneWeb(原名WorldVu)公司。OneWeb计划打造由650颗低轨卫星组成空间卫星星座,为全球用户提供互联网接入服务。 从目前的融资情况看,OneWeb的发展最为乐观。据估计,OneWeb整个互联网星座至少需要融资25~30亿美元。就2015年6月25日公布的A轮融资结果看,OneWeb已经筹集了5亿美元的资金注入,其中高通公司(Qualcomm)和维珍银河(Virgin Galactic)是OneWeb系统最早一批的投资者,并享有部分OneWeb公司的股权。除上述两家公司,通过与产业链利益相关方合作的方式,OneWeb还获得了多方融资,包括印度和墨西哥的电信运营商、可口可乐、空客、国际通信卫星公司(Intelsat)、法国和美国的进出口的银行等都是OneWeb系统的投资商。 OneWeb星座的部署、运营和服务主要依靠资本合作来完成:卫星制造采用与空客(Airbus)合作的方式;卫星发射由阿里安和维珍银河公司完成;高通负责空中接口的设计和打造双模终端;休斯负责终端的设计,并与可口可乐一起负责产品的分销;卫讯公司负责地面信关站的建设;印度巴哈蒂公司(Bharti Enterprise)和墨西哥通信公司(Totalplay Telecommunications)负责印度和墨西哥市场的分销和服务;洛克维尔-柯林斯公司(Rockwell Collins)公司和汉尼维尔公司(Honeywell)负责航空终端;与Intelsat共享用户和服务。 2.1.2 STEAM卫星互联网星座项目进展 STEAM卫星互联网星座由SpaceX公司提出,该公司由埃隆·马斯克于2002年创立,起初主要从事运载业务,通过成本控制、大幅降低发射费用,在卫星发射领域迅速得到了市场认可。SpaceX计划打造由4000多颗小卫星组成的互联网星座,在全球范围内提供互联网接入服务。STEAM卫星互联网项目反映了SpaceX公司对卫星制造未来发展的预期,希望从卫星制造业务中获得比发射更多的盈利空间,并积累卫星研制经验和能力。 与OneWeb主要从事卫星运营不同的是,SpaceX更加专注于卫星制造,而不是向传统卫星制造商采购卫星,希望能够掌握卫星产业链的上游,逐步从卫星制造、卫星发射的上游向卫星服务延伸。因此,SpaceX需要的融资量将更大,根据SpaceX的估计,开办卫星制造工厂并研制4000多颗低轨卫星共计需要融资100~150亿美元。从前一阶段的融资情况看,SpaceX已经获得了来自谷歌和富达投资公司(Fidelity Investment)10亿美元的投资。 与OneWeb相比,SpaceX当前面临的最大的问题是很难获得频率轨位资源。目前,SpaceX已经通过挪威政府向ITU申报了频率和轨位,从申报的情况来看,卫星数量4257颗,使用Ku和Ka频段,运行在43个轨道面。此外,SpaceX还通过美国无线电通信委员会(FCC)向ITU申报了6~8颗Ku频段试验星,首发星MicroSat-1a和MicroSat-1b预计寿命1年,运行在轨道倾角为86.6°、轨道高度为625 km的圆轨道。 2.1.3 LeoSat卫星互联网星座项目进展 LeoSat卫星互联网星座由“低轨卫星”(LeoSat)公司提出,该公司由前智能天线设备商Kymeta公司的CEO弗恩·佛斯林汉姆(Vern Fotheringham)创立。LeoSat致力于打造120~140颗高功率Ka频段卫星星座,提供全球数据传输服务。与上述两家企业不同,LeoSat公司并不为大众用户提供网络接入服务,他们与O3b类似,只为大型企业和政府提供高速数据接入,未来计划为3000家大型企业和机构用户提供数据传输服务,将自身视为卫星固定运营商的容量补充。 根据LeoSat的对整个卫星系统的估计,LeoSat互联网星座至少需要融资25~30亿美元。与OneWeb和SpaceX顺利获得多家投资相比,LeoSat的融资相对困难,2015年6月,LeoSat与美国纽约一家投资公司签署了合作协议,由该公司负责帮助LeoSat开展首轮融资用于卫星设计。 LeoSat星座的卫星研制与泰雷兹-阿莱尼亚公司(TAS)合作完成。TAS完成过两大低轨星座的研制(铱星和全球星),根据目前签署的合同,TAS目前只负责卫星的设计评估。全部80颗卫星订单的归属还将通过招标来完成,最终根据星座设计的不同,卫星数量也有可能增至120颗。从系统设计看,LeoSat星座将会使用星间链路,甚至有可能采用光通信,因为光通信在空间会比地面光纤传输的速度还快。在单星设计方面,LeoSat将会使用高功率卫星平台,通过提高单星能力的方式减少卫星数量。 2.2 典型新兴卫星互联网星座的优势和风险 从三大卫星互联网星座的发展看,目前进展最快的是OneWeb,已经明确了频率、资金、芯片技术、卫星制造、发射和营销。因此,以下主要以OneWeb为研究对象,对比早期的卫星互联网系统及另外两大系统STEAM和LeoSat,对OneWeb的优势和风险进行分析。 2.2.1 “一网”(OneWeb)的优势 1)率先申请频率轨位的使用权。卫星互联网成败的关键之一就是能否获得频率资源。目前除OneWeb确认获得了Ku频段频率资源外,包括SpaceX和LeoSat公司在内都还没有获得频率资源。2015年初以来,全球掀起了卫星互联网热潮,许多企业都向全球无线电频率协调委员会(ITU)提出了动辄数千颗卫星的频率轨位申请(表 2),企业无法在短时间内获得频率轨位资源,有可能会拖延卫星互联网星座计划的发展进度,频率轨位的投机和炒作甚至导致恶性竞争。 ITU对于频率资源的申请实行“先到先得”的原则。OneWeb在2014年完成了频率轨位的申请(20世纪90年代Skybridge星座的频率轨位资源)。为了避免干扰静止轨道卫星,OneWeb采用一种功率升降技术,在低轨卫星在经过赤道上空时调整卫星的功率通量密度,避免对静止轨道卫星的地面服务进行干扰。OneWeb还与全球最大的静止轨道卫星运营商Intelsat达成合作协议,为频率协调提供了极大的便利。OneWeb通过提前申请到频率轨位资源,抢占了发展的先机。 2)独特的市场定位和竞争策略。从卫星互联网星座的发展历程看,如何处理卫星与地面的关系是决定成败的关键。在这一点上,OneWeb充分继承了O3b的成功经验,与电信运营商合作,同时吸取铱星的教训,不再出售卫星电话与地面竞争。OneWeb的服务主要有两个特点:一是卫星提供蜂窝回程服务,解决“最后1公里”的问题,而骨干网服务还是由各大电信运营商完成,或是将卫星接收设备做小区“热点”,拓展现有的地面网络。二是将个人消费者(家庭、学校或社区)作为目标客户,不出售类似铱星电话似的专用卫星终端设备,不与发展较快的智能手机和平板电脑争夺用户,用户可以继续使用现有的智能手机和平板电脑访问卫星网络。 OenWeb之所以选择这样的服务模式,原因有二:一是看到了地面光纤服务的瓶颈,虽然光纤具有带宽大、可靠性高、低延迟等优势,但考虑到经济性的原因,地面光纤网络还只能覆盖人口较为密集的地区,仍然有大量区域无法接入互联网。以非洲为例,在一个地面基站覆盖的25 km的范围内,通常只有4.4%的人口,而目前非洲光纤仅覆盖30.8%的非洲人口,因此发展空间很大。二是“最后1公里”的宽带接入服务是所有卫星宽带服务中增长最快、最具发展前景的。根据美国北方天空研究所(NSR)的预测,到2023年,全球卫星互联网接入需求容量将从目前的不到80 Gbit/s增值729.33Gbit/s。 3)传统与创新相结合的销售渠道。终端和服务的分销对于大众消费市场非常重要,在20世纪90年代,铱星是通过电信运营商销售卫星电话的,最终销售惨淡;2000年之后铱星改由各级代理销售,情况有所改善,但代理良莠不齐、价格竞争、服务水平都成为影响消费者满意度的关键问题。OneWeb采取了传统与创新相结合的方式:既选择在宽带卫星运营和相关地面设备销售非常有经验的休斯网络公司(HughesNetworks),利用其完善的销售渠道和丰富的销售经验,主攻传统行业用户,又创新性地选择与可口可乐公司合作,利用可口可乐遍布全球的销售网点,更加贴近大众消费市场。同时,可口可乐零售店本身也可以作为OneWeb网络的用户。 2.2.2 “一网”(OneWeb)的风险 1)卫星星座设计风险。新兴的卫星互联网均将目光聚焦在了低轨互联网星座上,比起位于中轨的O3b星座,时延是主要竞争力。运行在8000 km轨道高度的O3b只需12颗卫星就能覆盖地球南北纬40°大部分的市场,但卫星的轨道高度越低,单星覆盖范围更小,要求组成星座的卫星更多。按照OneWeb 650颗卫星的设计,考虑到发射失败和故障的以外因素,至少需要建造900颗卫星。 轨道设计也更复杂(需要包含倾斜轨道面和极轨道),卫星会在极地上空停留更长时间,地面终端需要做更多的信号切换,同时加大了地面终端的设计难度。假设固定接收终端的天线口径为30 cm,仰角15°,天线的覆盖区内有数个子波束,当卫星飞行经过,天线在每个波束之间大约45 s就需要切换1次。如果考虑到卫星处在不同的轨道面,终端设计更加复杂。 2)现有发射能力风险。OneWeb卫星如果从2017年底开始发射,到ITU授权的频率轨位到期前(2020年)完成,需要在2~3年内完成900多颗卫星的发射(650颗在轨卫星+备份星),是一个巨大的挑战。20世纪90年代,Teledesic系统为了解决发射能力不足的问题,曾提出用苏联的洲际弹道导弹发射卫星。OneWeb卫星的发射还是由普通运载火箭完成,发射合同授予了阿里安和维珍银河。阿里安公司的联盟号火箭将分21批发射,每批发射32~36颗卫星(首发10颗卫星),维珍银河公司的“发射者一号”火箭(LauncherOne)每批发射1~3颗卫星,作为星座的填隙和灵活部署。 密集的发射任务对发射服务提供商提出了很大考验。其中最大的风险在于发射服务提供商其它的用户任务影响OneWeb卫星的发射。例如,欧洲伽利略导航卫星星座(Galileo)的发射与O3b都选择了阿里安火箭,在发射安排上遇到了冲突,最终导致O3b发射延迟。此外,维珍银河公司的“发射者一号”火箭目前还在研制当中,OneWeb卫星是“发射者一号”火箭的首次发射,发射能力和成功率尚待观察,有可能成为阻碍OneWeb顺利部署的“绊脚石”。 从全球发射市场的容量看,现有的卫星发射能力不能满足未来几年卫星互联网星座的发射需求。据美国北方天空研究所(NSR)对2010—2024年拟发射卫星的数量进行的预测,过去5年,全球每年大约发射200多颗卫星,但从2017年起,由于OneWeb星座发射启动,待发射卫星数量猛增至300~400颗,大大超过了发射服务提供商的发射能力,因此OneWeb星座的发射存在风险。 3)低轨恶劣空间环境的考验。地球的外层空间位于700~10000 km高度有2条高能质子辐射带,即范·艾伦辐射带。OneWeb为降低卫星的发射质量(大约150 kg)、减少发射成本、提高发射数量,计划卫星采用电推进,火箭首先将卫星送入500 km高度轨道,之后通过电推进到达预定轨位。卫星变轨的过程中,需要频繁穿越高能质子辐射带,会对卫星的电子系统的正常工作造成很大影响,因此对卫星抗辐射能力提出了很高的要求。 卫星在变轨过程中,不仅会受到空间辐射的影响,还会存在与微流星体和轨道碎片碰撞的风险。2009年俄罗斯宇宙-2251卫星与铱-33卫星在790 km的轨道高度发生碰撞,2颗卫星相撞造成的空间碎片成百上千,碰撞低轨卫星的概率很大。在轨道碎片的避让方面,化学推进系统卫星更加灵活,而OneWeb卫星采用电推进系统,也不利于避让空间碎片。此外,OneWeb卫星数量众多,退役后一旦成为新的太空垃圾,将会对后续卫星产生很大影响。 3 新兴卫星互联网星座发展的机遇与挑战 在星座设计、市场定位和服务模式方面,新兴卫星互联网星座与早期的系统有明显不同。但应该注意的是,如今的市场环境已经与20世纪90年代有显著不同,各类“互联网+”层出不穷,盈利手段多种多样;小卫星快速发展,批量制造逐步成熟,卫星的规模化生产可大幅降低研制成本。这些外部因素的变化也同样影响着未来新兴卫星互联网星座的发展前景。 3.1 发展机遇 3.1.1 “互联网+通信卫星星座”丰富盈利方式 从卫星互联网星座过去的发展看,一直作为地面通信手段的“填隙”和“补充”,用户规模非常有限,单纯通过收取通信和网络使用费用的方式不足以满足投资者对如此巨额的回报期望。而今,无论是市场环境还是用户的消费习惯已与过去大不相同,智能手机、广告和各类应用推动了电子商务的快速发展,并在此基础之上衍生的各类“互联网+”逐渐成为盈利的重要方式,消费者开始习惯为了内容服务支付费用,通信和网络服务不再是运营商获利的唯一手段。未来,一旦卫星互联网成功建立,就相当于有了庞大的数据入口,可以提供各种各样的服务,牵引形成一个巨大的商业市场。 除此之外,铱星下一代星座(Iridium-NEXT)也为低轨星座通过有效载荷搭载获得收入提供了范例。铱星二代卫星上搭载了81台“ADS-B”有效载荷,用于接收商用飞机发出的定位信号。目前,有效载荷搭载主要应用在静止轨道通信卫星上,而在低轨星座上搭载有效载荷在通信、对地观测、侦查监视等领域应用价值更大。OneWeb数百颗的小卫星可以采用分批建造、分批发射的方式,有效载荷搭载作为一项可能的服务,可以用于扩大收入。新兴互联网星座卫星数量重多,更新周期短,灵活性更高,比铱星二代更具市场吸引力。 3.1.2 批量制造降低研制成本、缩短研制周期 从20世纪90年代卫星互联网的失败教训看,星座投入成本越高、用户负担越大、研制周期过长,越有可能错过发展时机。为此,OneWeb卫星的制造由空客公司卫星研制团队和航空工程师共同完成,将航空飞机的批量制造经验融合到卫星研制中,并希望以此将卫星的研制成本降至单星50万美元以下。 随着小卫星的发展,越来越多的卫星项目开始使用非航天级别的商业现货部组件;形成了得到广泛认可官方或非官方的标准,模块化的接口设计为批量制造和发射提供可能;各个供应商提供的卫星部组件之间的互操作能力不断增强,更容易实现规模生产;3D打印技术开始应用到卫星制造领域,从CAD模型开始,利用传统打印机逐层打印的概念,直接形成小卫星或卫星部件,卫星的研制成本和研制周期大大缩短。 已经有多家企业开始“批量生产”小卫星的尝试。例如,2013年,美国雷声公司将一条导弹生产线改装,将其称为“空间工厂”,用于美国国防高级研究计划局(DARPA)SeeMe小卫星的研制,2014年至今,雷声公司还计划批量研制出18颗小卫星。未来,OneWeb可以充分利用近些年小卫星在批量生产领域形成的能力和经验,通过批量研制降低卫星成本、缩短研制周期。 3.1.3 互联网企业更加注重创新带来的活力 企业发展的动力是创新。无论是过去卫星互联网星座还是今天的OneWeb,都是由一批最具创新能力的企业家提出的。20世纪90年代,Teledesic系统是由比尔·盖茨投资的,OneWeb项目计划最初是由谷歌公司提出的。卫星互联网星座取得的社会关注度,很大程度上跟这些企业的影响力和创造力分不开,这些企业在其他领域都获得了辉煌的成就,并且看到了这个被长期忽视的航天市场的巨大潜力和发展机遇,希望借助在其他领域取得的技术积累和先进经验,重塑卫星产业。 对于一般的大型企业,通常由于过度关注利润和股东利益,因而创新的优先级并不高。但谷歌等全球大企业则把创新业务与核心业务分开,在保证核心搜索业务全球领先的同时,也非常重视创新项目的研发。与此同时,这些新兴卫星互联网企业积极与传统卫星企业展开对话与合作,在创新的同时,也没有完全摒弃过去的行业积累。 3.2 面临的挑战 3.2.1 前期投入过大影响企业生存 卫星互联网计划最大的风险还是来自经济层面。美国航天咨询公司北方天空研究所(NSR)通过负债比这一经济指标,对互联网卫星企业的未来收入做了大致估算。NSR按照每户每月50美元计算,未来打造卫星互联网星座的企业至少需要获得1000万的用户量级才能获得盈利,实现这样的目标难度很高。以卫讯公司(ViaSat)为例,该公司自2011年发射首颗Ka频段静止轨道宽带卫星以来,2014年宽带用户数只有63万,即使算上有效载荷搭载和网络内容收入,这些新兴的卫星互联网企业仅靠网络业务收入将难以回收成本。 3.2.2 落地权与频率协调难度很大 在三大新兴卫星互联网星座中,OneWeb是最早从ITU获得Ku频段使用权的企业,但OneWeb并非拥有Ku频段的所有权,其他竞争企业依然可以申请。为此,首先需要与已经获得低轨频率资源的OneWeb进行协调,同时还需与赤道上空申请频段的静止轨道运营商进行协调。这样的频率协调难度非常大,因为新兴竞争者在低轨提供互联网接入服务,与OneWeb属于竞争关系,必然会受到OneWeb百般阻挠。即便是已经获得频率轨位的OneWeb,也需要与静止轨道运营商协调,低轨星座提供的互联网接入服务与静止轨道宽带服务属于同一类服务,面向相同的用户群,必然也会受到静止轨道运营商的掣肘。 除频率协调,还有落地权问题。如果要在全球提供服务,还需要与各国政府进行频率协调。在欧洲、美国和巴西等国家取得频率授权相对容易,但印度和中国等需要做大量工作,并且必须在2020年ITU收回频率轨位资源授权之前完成。 3.2.3 面临地面和其它卫星系统的竞争 就目前提供宽带互联网服务的各种技术手段对比看,低轨互联网星座是一种较为折中的技术方案:对比网络性能的关键指标时延,LEO星座的时延已经能够接近地面光纤和蜂窝通信,满足VOIP、视频会议、在线游戏等交互式通信应用的要求,大大优于GEO宽带卫星和MEO星座;对比用户的使用成本,LEO星座与GEO宽带卫星接近,但与地面通信手段仍有差距;对比系统容量,虽然LEO星座大大超过了GEO宽带卫星,但GEO卫星在点波束中提供的集中式容量仍然具有优势;对比全球覆盖范围和填补数字鸿沟的能力,LEO星座优势明显。 OneWeb未来将面临多方面的挑战:一方面,由于卫星系统的服务具有滞后性,地面通信正在大力推动5G的发展,很难预测到2020年OneWeb系统全部建成之后是否会再次落后于地面通信;另一方面,包括谷歌在内的其它互联网企业也在尝试各种“高空通讯系统”解决方案,其中包括在大气层放飞成千上万的巨大气球给偏远地区提供网络的“潜鸟”(Loon)计划,而脸书公司(Facebook)着眼于通过静止轨道卫星、无人机和激光器提供高空互联网服务。 4 结论与展望 4.1 结论 自2014年底全球兴起卫星互联网星座热潮以来,目前尚无一家企业明确阐述其自身的商业模式和研制方案。因此,国外新兴卫星互联网星座的具体计划到目前为止还是未知数,需要后续不断跟踪和研究。但通过对过去发展经验的总结和对新兴计划最新情况的分析,现阶段可得到的结果如下。 4.1.1 新兴卫星互联网星座处于探索阶段,卫星通信与互联网融合是产业发展方向之一 新兴卫星互联网星座自2014年底开始至今,只有1年多的发展时间,还处于初期探索阶段,系统设计、商业渠道和盈利模式尚不成熟。但从未来的系统规模、市场机会和系统能力看,其发展前景广阔,因此在短时间内迅速汇集了大量的资本、技术和合作伙伴,虽然目前还远未达到系统稳定运行、产业成熟发展的阶段,但考虑到互联网给人类生活带来的巨大变化和行业价值,未来在投资融资渠道、系统研发、产品服务的领域,将卫星通信服务融入“互联网+”,蕴涵了巨大的商机,是通信卫星产业未来的发展方向之一。 4.1.2 新兴卫星互联网星座的发展不是历史的简单重复,是市场和技术综合发展的结果 虽然今天的卫星互联网星座与20世纪90年代的Teledesic等计划类似,但新兴卫星互联网星座与过去有着显著不同:首先,市场需求不同,互联网从出现、快速发展到今天,用户规模和消费习惯与20世纪90年代相比不可同日而语,内容消费和大数据带来的市场价值已经得到显现;其次,研制方式不同,小卫星的快速发展使得卫星批量生产成为可能,这将解决长期以来困扰卫星制造业的成本高、周期长的问题,是推动未来卫星产业发展的关键;第三,竞争方式不同,新兴卫星互联网星座OneWeb在发展过程中呈现出来的合作和开放性能够帮助企业迅速汇聚资本、吸引能力、立足市场,为传统卫星产业带来了活力。 4.1.3 卫星互联网星座经历了近30年的发展,如何处理好与地面通信的竞争是影响成功的关键因素 20世纪80年代末提出全球首个卫星互联网星座计划以来,至今已经历了超过30年的时间,对各个星座计划的失败、复活到重生的经验教训的总结,可以认为,从人类航天技术发展的角度看,一个商业运行的互联网星座的发展并非受限于技术问题,关键在于市场竞争中处理好与地面各类通信手段的相互关系。从过去或失败或成功的经验看,卫星互联网虽然具备一定的覆盖优势,但从技术能力和服务水平均全面落后于地面通信手段,因此,与地面通信的竞争或许在某个小的细分应用领域会成功,但主流市场中机会不大。未来只有能充分与地面系统实现兼容互操作的卫星系统才会真正赢得市场,天地一体化是卫星互联网星座成功的途径之一。 4.1.4 新兴卫星互联网星座发展的机遇与风险并存,影响未来成功的核心在于市场和用户 卫星互联网星座在全球网络接入方面的价值毋庸置疑,但是现阶段,机遇主要有3点:一是作为地面通信手段的补充解决“最后1公里”的问题;二是批量生产带来的成本下降;三是互联网企业家创新带来的无限可能。风险也有很多,主要有3点:1)系统建设的技术风险;2)卫星交付的发射风险;3)市场竞争的发展空间。其中最核心的问题在于是否能够以降低系统成本或是通过其它收入手段降低服务费用,从而赢得市场和用户,因为用户规模是互联网发展的关键。 4.2 启示 4.2.1 国外新兴卫星互联网星座的建设对中国信息安全带来重要隐患 长期以来,中国卫星直播业务的发展受到政策的限制,个人家庭不得私自安装卫星天线接收国外卫视节目,中国境内访问国外的互联网网站受到一定限制,其初衷都来自于对中国信息安全、政治环境稳定的考虑。然而,一旦国外卫星互联网星座成功完成部署,中国市场无疑将会是竞争的热点和重要的利益来源地,这种跨国界的全球互联网接入业务势必会带来信息安全问题。对于早期的卫星互联网星座,中国只要通过信关站、落地权和禁止卫星终端的销售,就可以限制大部分卫星互联网接入业务进入中国,但仍然无法控制一些非法的途径。国外新兴的卫星互联网星座一但建成,普通用户可以通过地面手持终端非法访问国外网站,管控的难度比卫星电视更大,更有可能危及国家信息安全,值得重点关注。 4.2.2 卫星互联网星座在应急救灾、国土安全和海外军事存在等方面具有巨大价值 国外发展卫星互联网星座均是商业部门,追求的是互联网接入带来的直接或间接的巨大经济利益,但是卫星互联网星座除了商业用途之外,不应忽视其具有的公益属性和军用潜力。中国幅员辽阔,海洋领土超过300万km2,民航乘客尚无法实现互联网接入,偏远农村和西部沙漠、戈壁等大部分区域至今仍是通信盲区,依靠现有通信手段无法保障远洋经济利益和军事存在,一个全球性的卫星通信系统是填补这些地区的数字鸿沟和境内外应急救援的重要解决方案。目前,中国拥有全球最多的互联网用户,互联网能够满足话音、视频、数据等多种应用需求,因此,建设一个具有中国特色的,由国家财政保障、政府组织协调、企业分工合作的大型卫星互联网系统切实可行,符合中国核心利益,具备重要价值。 4.2.3 新兴卫星互联网星座将会影响和推动传统卫星制造变革,小卫星即将步入大规模商用阶段 在传统卫星制造领域,与10年前变化并不太大。制造商为了追求可靠性,使用的均是经过反复验证的技术和产品,研制出的卫星重复程度很高,制造商考虑的是如何利用现有产品满足客户需求,导致产品之间的差别非常小。但随着制造商能力的普遍提高,市场过度供应,导致利润的降低,产业经济效益的不足使得这些制造商研发新的产品。而新兴卫星互联网星座是近年来卫星制造领域最具创新性的系统,卫星研制采取了传统航天产业与航空工业相融合的“跨界模式”,增加商用工业级器件比例,通过标准化、模块化实现小卫星的批量生产,降低卫星研制成本。国外传统卫星制造商正在积极参与卫星互联网星座的研制,而在这过程中涌现出来的新的小卫星技术将成为影响卫星制造未来发展的关键,这些经验和技术将向传统大型卫星制造领域流动,成为推动卫星制造业发展变革的重要动力。 4.2.4 新兴卫星互联网星座更加关注数据和用户,将为传统通信卫星运营带来新思路 传统通信卫星运营商的业务重点主要集中在采购卫星和提供容量上,盈利模式简单,收入来源固定,市场和发展空间非常有限。新兴卫星互联网为传统通信卫星运营商提供一种新的发展思路,这些新兴卫星互联网企业大多具备互联网的行业背景,将关注点放在消费者服务和数据方向,卫星更多的是被看作是实现企业核心能力的媒介,打造卫星互联网星座可以掌握大量的用户数据,从海量的数据中分析用户需求,开展面向最终用户的服务,进入利润蓝海。传统意义上用制造、发射、运营、服务对产业链进行分割不再使用,上下游的合作和融合,必将造就新的商业模式,带来丰厚的产业收入。 4.3 建议 4.3.1 抓紧发展机遇期,大力推动互联网卫星星座建设,中国卫星产业蓬勃发展可期 自20世纪90年代以来,卫星通信产业一直受到光纤和无线通信等地面通信手段的挤压,长期处于作为地面电信备份和应急保障的配角地位,发展规模和市场关注程度十分有限。我国卫星通信产业更是受到政策限制,市场迟迟不能开放,进而影响到地面设备制造、系统集成和网络运营能力的提高。中国已经错过了在卫星直播电视领域已形成规模化的产业,应用水平与发达国家的差距越来越大。 此次由国外高科技龙头力推卫星互联网星座,大大改变了人们对商业卫星通信产业发展的预期,会有越来越多的资本、人才和商业模式涌入卫星通信产业。同时,随着中国大力推动“一带一路”的发展,并将航空航天产业纳入《中国制造2025》战略规划,许多境内外的行业将依赖卫星通信系统提供的服务,中国卫星通信产业面临前所未有的发展机遇。而卫星互联网星座能够带来人均卫星基础设施使用成本的降低,将带来用户数量的增长,当价格稳定下来之后,行业的利润也会大幅提升。卫星互联网星座为产业发展提供了重要引擎,中国的通信卫星制造单位以及面向通信行业及基础设施将会全面受益。 4.3.2 充分发挥民营资本在卫星互联网星座建设中的作用,传统卫星制造商必将长期受益 随着中国政府开始放开过去由国企垄断的航天行业,希望通过引入资本竞争以增强航天企业的竞争力,“国务院关于创新重点领域投融资机制鼓励社会投资的指导意见”明确鼓励民间资本正式进入空间领域。通信卫星作为互联网重要的基础设施,已经得到了谷歌等国外高科技领军企业充分的认可,而中国百度、阿里、腾讯(BAT)等互联网公司都表示出对卫星应用产业的兴趣,卫星互联网民用价值更大,更加适合得到更多民营资本的支持。 作为中国通信卫星研制的领军企业,中国航天五院将会享受卫星互联网建设带来的丰厚利润。卫星通信产业链的四部分构成卫星制造、卫星运营、地面系统和终端设备,前两部分是寡头垄断、后两部分是竞争红海。航天五院显然在卫星制造领域占据绝对优势,BAT企业开展的各类服务越成熟、越廉价、越大众,对上游的卫星制造的要求就越高,五院的市场机会就越多。五院应当抓住历史机遇期,加紧宽带卫星和互联网星座的论证和研制,积极在这轮通信卫星应用产业化大潮中抢占优势地位。 4.3.3 创新是推动卫星互联网发展浪潮的主要驱动力,中国传统卫星企业必须大力推动创新 从提供的服务来看,传统静止轨道宽带卫星与低轨星座、无人机、高空气球等其他互联接入服务平台类似,一旦这些系统成功部署,将会极大的影响传统卫星企业的生存空间。新兴卫星企业跟拥有大量设备、技术、人才和资本的传统企业相比,在任何一个方面都微不足道,唯一的差别在于自由与创新。 随着越来越多非传统航天企业进入卫星产业,原有的资源、技术、渠道垄断逐渐被打破,依然靠国家、靠政府的投入模式将难以为继,传统卫星企业必须利用自身的技术和资本优势找到自己的竞争优势。为此,传统卫星企业必须像这些创业者们一样学习,对创新理念、管理方式和商业投资保持同样的热情,才能在竞争中利于不败之地。 4.3.4 频率轨位资源是重要的战略高地,中国应谋求全球卫星星座资源的提前布局 卫星频率轨道资源是国家发展的战略性稀缺资源,是空间基础设施建设的基础。长期以来,中国在静止轨道频率轨位资源协调方面遇到了诸多阻力和困难,卫星资源储备不足,影响了相关卫星业务的开展。国外卫星互联网星座频率轨位的争夺再次说明频率的重要性和核心地位。获得频率资源的企业能够在短期内获得资金帮助和合作伙伴,落后一步发展的企业频率协调遇到了极大困难,即使技术、资金和市场条件俱全也进展缓慢。 中国随着国际化发展的不断深入,对于独立自主可控,并且具备全球化能力的通信基础设施的依赖将会越来越多,覆盖全球的通信卫星星座是重要的天基基础设施保障,因而中国应当通过各种可行的建设方式(包括商业合作等),加强卫星资源储备、卫星和地面设施等资源的统筹协调与建设,为未来可能的星座建设做好资源储备。




造一颗遥感卫星需要多少钱?在大多数人的脑子中,那一定是天文数字吧。我对这个也没有具体的概念,但通过网上的资料,可以间接估算出来。例如,去年年底的一则新闻说中国为玻发射卫星造价3亿美元[1]。其他的一些内容更详细一些:在整个商业卫星的产业链中,依据国际通行的算法,平均每发射一颗卫星,卫星制造费用约1.2 亿美元;火箭费用约为卫星造价的25%,约0.3 亿美元;发射费用也是卫星的25%,为0.3 亿美元;保险费约为前三项的20%,0.36 亿美元,总计约2.16 亿美元[2]。当然,也有估价更高的,比如说50亿人民币[3]。有这些差异是可以理解的,因为不同用途的卫星,所采用的部件可能有较大差异。无论如何,数亿美元,或者说数十亿人民币的价格的确不是一个小数目了。我想,没有哪个人会想到自己将来拥有一颗卫星吧。但遥感卫星科学技术的发展,却超越了我们的想象力。在今年4月17日出版的Nature中,以“微型卫星证明了它们的科学力量”[4]为题发表了一篇文章,详细介绍了微型卫星的发展现状,特别提到了其廉价的特性。《中国科学报》将这篇文章的全文翻译过来了,并拟定题目为“从沃尔玛买颗卫星”[5],更加夺人眼球呀! 这是真的么?今天就让我们来聊聊这个话题。 微型卫星计划,全球都在摩拳擦掌,该卫星及其组网技术是国际高科技研究的热点之一。说到微型,一般指体积小,重量轻。根据不同的侧重点,有许多不同的称呼。比如,微纳卫星(NanoSat),也有直接翻译为“纳卫星”的,通常指质量在1~10kg 之间具有实际使用功能的卫星;还有一种质量更小的卫星称为“皮卫星”(PicoSat),指质量小于1千克的卫星。而关注体积的微型卫星最有代表性的是“立方体卫星”(CubeSat),一个边长只有10厘米的立方体。要微型卫星能够工作,其功能密度一定要高,要保证单颗卫星可以完成简单的任务,多颗卫星组装起来又可以完成复杂的任务。另外,我们可能会问,这样的卫星是否可以“一箭多星”呢?当然,甚至“一箭百星”都有可能呢,是不是像天女散花或者放飞的鸽子?有一个计划还真的称之为鸽子(Dove)。如果稍微懂一些卫星的知识的人,马上会想到,这么小的卫星,有机载的推进系统吗?通常推进剂是必须装载在一个厚重的高压容器内,很难减少尺寸的。迷你推进器是未来的重要发展方向,目前大多数微型卫星都是缺少推进系统的,所以它们通常只能固定在一个特殊的轨道上运行。缺乏推进系统,卫星无法调整姿态,因此卫星一旦偏离轨道就不可能校正,卫星的寿命相对比较短,一般只有1~3年,有人也将之称为“一次性”卫星,完成任务后就会坠入地球大气层烧毁。目前,在CubeSat卫星平台上已经设计出了微型等离子推进器“CubeSat双极性推进器”(CAT),这种推进器可推动一个5公斤重的卫星进入深空,甚至是飞出太阳系进入星际空间,成本只是以往类似任务的千分之一。此类探测器还可望在土卫二、小行星上寻找生命,或者对太阳耀斑进行调查[6]。 我今年写了许多博文,都与微型卫星的发展有关的。这些卫星提供了新颖的快速方法来收集空间数据。据统计,自2003年以来,总计有130颗立方体卫星发射升空;而去年一年就有63颗布置完毕,相当于全部数量的一半。2013年11月推出的立方体卫星称为萤火虫(Firefly),是第一颗用于研究γ射线反射的卫星,科学家们正急切地等待着结果。现在发回的信息主要是地面γ-射线的闪光——是一股由闪电引发并射向太空的高能脉冲。萤火虫由三个立方体构成,因此一颗长宽为10cm,高30cm的人造卫星,卫星的大部分装配是由本科生完成的。类似萤火虫的微型卫星的零件造价便宜,无发射成本,在科研领域蓬勃发展。微型卫星的发展越来越多样,从探测可能导致地震的电磁信号,到监控在宇宙中生产细菌蛋白的过程。而一项名为INSPIRE的任务更是计划将两颗立方体卫星对投送到地球轨道之外,该任务最早将在今年年底之前发射。这两颗卫星将跋涉150万公里,这相当于地球到太阳距离的1%,并从那里绘制太阳射出的太阳风的带电粒子。据称,这是人类首次监控到规模小于10公里的太阳风波动,同时这个项目证明了CubeSat卫星可以在地球轨道外生存,并完成定位和通信的工作[4]。 CubeSat卫星是在1999年问世的一种教育工具。为了便以本科生制作,这些卫星都设计得足够微小而且比较简单,而同时为了便于火箭能容纳下,都有一个标准尺寸。斯坦福大学的Robert Twiggs设计了一款边长10厘米的小盒子,恰好足够容纳通信单元、太阳电池板、一块电池和一些附属物,总重量在1公斤左右,这就是立方体的由来。第一个CubeSat卫星于2003年推出,有六个项目搭乘了俄罗斯的Eurockot运载火箭,平均每立方需要4万美元的价格;2010年,NASA开始了CubeSat的发射计划,每年挑选十多个申请提供一趟免费搭乘之旅。到目前为止,这一倡议已经惠及了超过100个研究项目,其中有24颗卫星成功抵达预定轨道,其余的卫星则在排队等待升空。2012年,另一个进入太空的发生通道开放了,主要由国际空间站来部署。同时,十几个商店如雨后春笋般涌现出来,销售标准化的部件。例如,旧金山的Pumpkin所出售的底盘价格为7500美元、太阳能电池板价格为2500美元。整个CubeSat卫星建造起来不到10万美元。低廉的制作成本促使美国国家科学基金会(NSF)于2007年启动了一项旨在鼓励CubeSat卫星使用的项目,NSF希望借此来更多更快地获得数据,因为它比动辄数百万美元的卫星项目要划算得多[4]。 一些私人公司也对CubeSat卫星产生了兴趣。例如,行星实验室(Planet Labs)在今年2月份就用这样的卫星构建了地球影像系统Dove,整个卫星群包括28颗卫星,每颗都由三个立方体单元构成,从国际空间站发射。理论上说,有这么多卫星围绕地球运行,那么地球上的每一点每天都被拍摄了至少一次,从根本上提高了实时监控能力,这个可以称为CubeSat的杀手级应用[4]。行星实验室目前还正在通过“互联网开发”的方式来推进卫星研发的进度。他们强调不断试错,并且通过实际发射试验来不断积累研究数据,这和以往的卫星发射思路截然不同。重要的是,一旦计划中的128颗卫星发射成功,全天候地球全景数据收集系统就完成了,也将开放给所有人。目前行星实验室已经在自己的网站上给出了开放的api,期望能够与农业,能源,林业,基建,制图,自然资源等产业中的公司合作,使得这些公司可以随时通过开放的api接口了解实时地球图片信息[3]。 边长为10厘米的正方体是否已经足够小了呢?但许多人还是喜欢更小的产品,一些先行者也正推动CubeSat卫星进一步“瘦身”。2009年,Twiggs将一颗立方体卫星改造成边长为5厘米的“便携式魔盒”,首批新型的立方体卫星于2013年11月发射升空进行测试。这些示范项目的零件成本只有区区数百美元,其中一些部件只有数十美元,他开玩笑地称之为50美元卫星。他说“我很喜欢这个想法,我基本上可以在沃尔玛买东西,然后建造卫星让它飞上天”。到目前为止,受零部件和发射机会所限,新型CubeSat卫星还没有大规模的商业应用。2014年4月18日,SpaceX的一艘火箭将Kickstarter公司赞助的价值3万美元的KickSat卫星发射到了国际空间站。两周后,KickSat将从国际空间站吐出,104个邮票大小的“蕊片卫星”(ChipSat)将释放出来。这些芯片卫星配备有无线电发射器,任何人都可以通过拍卖竞价的方式购买,起价300美元一颗。芯片卫星非常轻薄,因此不会因为反复进出大气层而烧坏。这将使得研究者能够绘制地球高层大气中的风力图,或者在深空探测中到火星表面建设一组加速器网络。到目前位置,芯片卫星和袖珍卫星能做的事儿也仅仅是广播他们的位置或短消息,但这种类似小把戏的东西在不久的将来就会变得很实用,利用层层密布的立方体卫星对目标地物提供全方位、无死角的视野,或将之用于更多一次性任务中。另外,对于太阳系其他行星的探测工作,可以进行更细致的研究了,比如可用于土星光环研究中,在土星光环中选择一块较大的陨石,让价值1万美元的廉价飞行器着陆[4]。 在TED2014大会上,行星实验室回答了大家最为关注的一个问题,那就是行星实验室将会拿这些海量的数据用于何种用途?负责人的回答挺好:“这取决作为观众的你,打算为人类解决什么问题?”因此,对地球的实时监控已经从一个国防问题衍生为一个庞大的产业格局,为更多下游的产品提供了众多的机会。对于占据人员优势、有众多市场潜力的中国来说,未来为这些微型卫星提供专门配件,或者为卫星提供下游产品的企业也会越来越多,成本会进一步降低。也许,在不远的将来,我们就能从淘宝直接购买,或者购买组建DIY一颗属于自己的卫星,利用团购的发射项目发射升空,去观测太阳或太阳系的其他行星。 参考资料 [1] 中国为玻发射卫星造价3亿美元,中方承担部分费用 [2] 发射一颗卫星需要多少钱 [3] 更便宜的海量实时卫星数据,意味着什么? [4] Mini satellites prove their scientific power. Nature 508, 300–301 (17 April 2014) doi:10.1038/508300a [5] 从沃尔玛买颗卫星:微型卫星为采集空间数据辟快捷廉价新途径



本文转自公众号“英国那些事儿” 话说.... 今天事儿君要说的.... 是一个宇航太空界的传奇老爷爷的故事... 虽然这个故事里会有一些航天方面的知识 。我会尽量用简单的语言讲述的。 他叫Robert Farquhar,之前在美国NASA工作了几十年,参与了很多太空探测项目.... 他最擅长的,就是卫星轨道的计算... 别人都说,他能把任何飞船送入人们想要送去的任何地方.... 他就是“轨道计算的大师”..... 在NASA里工作过的人都认识Robert, 都觉得他是全nasa最聪明的人. 他计算的轨道永远是对的...别人的不可能在他的手里都能成为现实。 他的想法永远有很多,NASA里几乎每个人都有被Robert拉到一旁,然后被Robert推销他的古怪想法的经历.... 而且,他的很多奇思妙想,总能奏效... 而在Robert职业生涯里最传奇的一次经历。 还要从当年直接“借走”NASA的一颗卫星说起。 这颗卫星,叫国际日地探测卫星-3, 缩写叫ISEE-3 这是一颗主要用来探测太阳粒子的卫星.. 当时,主导这个卫星项目的,就是Robert .... 这颗卫星被发射到了一个地球和太阳之间的L1拉格朗日点上的一个叫“光晕” Halo的轨道上... 在这条轨道上,卫星受到的太阳和地球的引力相抵消,不用耗费什么燃料就可以在停留在地球和太阳之间相对静止的运行... 这是人类历史上第一颗被发送到L1拉格朗日点的卫星... 而算出这条“光晕”轨道的人,就是Robert... 这条轨道,就是他当年的博士论文..... 这个探测器在这个点上观察太阳观察了5年.... 卫星的使命也即将结束.... 然而,在那个时候,全世界的宇航科学家们都在做一件事情: 哈雷彗星。 那时,这颗全世界最著名的彗星马上就要在1986年回归地球(每76年才回归一次) 在那个太空竞赛的年代,俄罗斯,欧洲和日本都争相发射了彗星探测器,准备要在1986年探测哈雷彗星.... 这些彗星探测器提前几年就开始向哈雷彗星飞奔,史称: 哈雷舰队... 然而,哈雷舰队里并没有美国的探测器.... 美国表示,彗星任务太花钱,他们不准备去探索..... 然而,就在这样的大环境下.. 突然有一天,Robert开出了新的脑洞。 我这颗卫星不是已经完成任务使命了嘛? 不如我直接让他变个轨道,直接拿去探索哈雷彗星好了。 我计算过了,完全可以去到! 恩,他自己计算出了一个复杂的轨道... 先让这颗卫星返回地球,环绕N圈,利用月球的重力加速,去追赶彗星..... 让我们来感受一下他算出的这个轨道 本来卫星一直稳定在1的位置,后来他让卫星返回地球附近,环绕几圈,利用月球引力加速,拐了3-4-5-6 好几圈..... 最后离开地球,在7的位置跟两颗彗星相遇..... 另一个动画看是这样的 放到几百年前,在牛顿或者开普勒的年代... 如果有任何一个然敢画出这样的轨道的人... 都会受到毫不留情的取笑.... 因为这轨道中的一切,都不符合牛顿和开普勒定律的基础... 然而在他的计算和现代科技的结合下,这真的发生了... 他的想法提出后,还没有得到NASA 100%的同意,他就开始了整个项目.... 既然木已成舟,NASA也只得由得他继续做下去... 从此,这颗这颗ISEE-3卫星,正式改名叫 ICE(国际彗星探测器) 在他一切精密的计算和计划下... 他成功了! 1985年的9月.... 在世界上其他所有国家发射的卫星到达哈雷彗星之前... 这颗卫星就已经穿越并探测了一颗叫Giacobini-Zinner的彗星... (正好在哈雷之前路过的另一颗彗星) 又在1年后的1986年.... 探测了哈雷彗星.... (他计算的一条轨道,正好能穿越两颗彗星的慧尾) 就这样,他的这颗卫星,不但成了世界宇航史上第一个探测彗星慧尾的探测器,还成为了第一个两次探测两颗不同彗星慧尾的探测器。 他靠他的这颗几乎要退役的卫星,又一次赢得了太空竞赛的胜利.... “我们打败了所有国家,”Robert后来回忆说,“欧洲的航天局,俄罗斯的,日本的。” 连当时里根总统也给他发来了祝贺信..... 当时有不少还指望着这颗卫星继续观测太阳的科学家... 曾经各种写文章抨击他,说是他“偷走了他们的这颗卫星” Robert当时回应说... 那不叫偷.... 那叫借! 借知道么! 因为... 在完成探测彗星的任务之后.... 他又给卫星设定了一条轨道...... 让它31年之后的2014年重新回归地球..... 就这么一条.... 恩.... 31年...... 这一次.... Robert第一次向世人展示了他真正的才能。 之前大家只知道他牛,没想到到他居然这么牛, 之前大家只是知道他鬼点子多,没想到他真的能把这些鬼点子都实现........ Robert和他的妻子和女儿在ISEE-3卫星前的合影。 在那之后.. 这颗卫星离地球越来越远... 后来也就断了联系 让我们再来说说他的另一个传奇计划.... 那是十年之后的1997年,那一年,他主导了一个叫NEAR的探测项目.... 这是一颗探测一颗名叫爱神星的小行星的探测器..... Robert设计了一整条探测的轨道.... 精确的,在2000年2月14号情人节这天... 把探测器送入了爱神星的轨道..... 在爱神的重力怀抱里... 开始围绕运行 整个探测器围绕着爱神星探索了接近一年.... 研究了各种数据..... 在任务即将结束的时候.... Robert.... 又有了新的想法.............. 反正既然这颗都已经完成任务了,不如再让我利用一下.... 直接把它降落到爱神星的表面怎么样! 然而.... 只有一个问题.... 这颗探测器... 长这样的... 当时设计的时候.. 就没准备让它降落在小行星表面过..... 就没有设计过任何可以辅助着陆的系统.... 它的设备也没有任何可以抵抗减震的设计..... 不过... Robert显然已经算计好了一切....... 正当他打算实施的时候.... 他的小心思被他的上司发现了 上司跟他说... 这太扯淡了.... 你想都不要想! 上司担心这会让探测器直接坠毁在爱神星表面.... 变成NASA在全球宇航界的笑话.... 不过... 了解Robert的人都知道... 这么一个“No" 在他眼里就是绿灯的标志.... 最后他说服了上司,他决定实施计划.. 因为,他早就算好了一切.... 这一天... 他在一个节目上宣布了这次着陆的全过程... 还做了一个动画 用探测器上的姿态发动机当减速发动机.. 逐渐降低轨道 然后调整姿态,让探测器侧着慢慢降低高度.... (因为姿态发动机在侧面... ) 继续让侧面的姿态发动机对着正下方喷气减速.... 最后着陆的样子.... 大概应该就是这样..... 2001年2月12号.... 他又成功了..... 在3亿多公里之外,他指挥着没有任何着陆设备设计的探测器在爱神星上软着陆成功... 最终着陆的速度只有每秒1.5米.... 着陆之后飞船还在不断发回信号.. 说明完全没有坠毁,仍在不停工作。 他用这样的表情向世界宣布了这一切.... 当时反对这个计划的上司也跑来祝贺... 这是人类历史上第一颗在小行星表面上着陆的探测器.. 尽管没有任何能着陆的设计.. 但就是在Robert的精确计算下成功了.... 探测器上的仪器得以在距离表面只有20厘米的地方进行各种测量,测量得到的数据比在轨道上测得的精确10倍.... 这是当时的科学家想都没敢想象的精度 探测器还发回了这张照片.. again, 历史上第一张在小行星表面的照片..... 在爱神星的表面.. 探测器继续工作了16天... 2001年2月28日,探测器发挥了最后一个信号, 失去联系... Robert, 又一次证明了自己的传奇...... 他参与设计的任务还有很多... 甚至今年早些时候探索冥王星的新视野号的轨道.... 最早也起源于他的一个探索冥王星的想法.... 最后.... 我们再说一下ISEE-3的后来的故事.... 前面不是说到,在探索完了两颗彗星之后, Robert把它设定了一个31年后会回归的轨道.... 在那之后的很多年里。。Robert从未放弃过这颗卫星。。 他后来又有了对这颗卫星的很多计划... 比如在31年后回归的时候重新启动飞船发动机,把飞船送回近地轨道,然后用航天飞机捕获掉再带回地球,当成航天博物馆里的展品... 然而后来航天飞机出事退役后.. 这些脑洞计划也被迫搁浅..... 直到去年的一天... 一伙当年曾经在Robert手下工作过的科学家提出了一个想法... 趁着2014年这颗卫星回归的时候.. 重新跟卫星建立联络,启动飞船发动机,再送回最早飞船应该待的地日拉格朗日点.... 再把这颗卫星“还”给当年的地方... 这群科学家找到NASA, 一贯的。 NASA不同意。 过了30年,当年联络用的设备早就已经退役... (试想一下现在要找一个20年前的拨盘式电话)他们也不会提供相应的资金。。。 这群人想到了众筹。 没想到,他们只用了30天就筹集到了整个计划所需要的15万美元... 去年5月份,一个由工程师、程序员和一些NASA退休专家和Robert组成的私人研究团队正式成立... 他们准备利用ISEE-3去年重返地球的机会,再次接触这艘升空已达37年的老航天器。 他们重新用现代的仪器搭建了当年古老的通信联络方式.. 又去找了波多黎各的阿雷西博天文台发射信号... 团队里的人表示.. “要知道,Robert是一个言出必行的人。如果他31年前说会尽他所能把他“借”走了卫星归还原位,那他一定会去尝试。” 看着他们的努力,NASA甚至破天荒的跟他们签署了“免偿还协议” ... 基本就相当于可以让这个民间团队可以随意使用这颗已经退役的太空设备..... 这也是第一次,由一个非政府的民间机构全权操控一颗大型卫星... 然而这一次, 没有成功.... 卫星上的氮气增压系统无法给推进系统提供足够的压力..... 无法点火就无法让卫星改变轨道... 这一次拯救行动,最终还是失败了。 2014年8月10日.... 就像Robert在31年前计算的那样.... 这颗卫星在飞行了31年和几十亿公里之后.... 准确,回归地球.. 在距离月球只有15000多公里的地方擦肩而过..... 飞向了离地球更远的地方..... 这颗卫星的下一次回归... 会在17年之后.... 然而那时.... Robert 却已无法再见证。 2周以前.. 2015年10月18日.... Robert在自己的家中因病去世.. 享年83岁... 【谢谢你把我带回地球.... 我会永远在那里,在你帮我设定的轨道上..】 这就是这么一位大师级航天轨道专家的故事......



[paragraph] 原载: 猫眼看天微信公众号 编者按: 上期的“ 猫 ” 眼看天专栏,我们介绍了在线的导航与任务设计,今天我们来详细说说在线的GNC技术。与地面的导航和任务设计相比,在线GNC技术效果更好,因为只有飞行器自身才最了解当前最新的各种情况;但挑战也更大,因为这对制导、导航和控制都提出了很高的处理要求,一方面飞行器上计算机的处理能力由于受到功耗、体积的限制以及对抗辐射的要求,其计算速度远低于地面计算机系统;另一方面,即使有些问题由地面中心的技术人员来处理也相当棘手,更不用说让飞行器去自主解决了。但是,对探测的需求已经发展到若是没有在线GNC几乎就无法完成任务这一层面,因此开展自主在线的GNC就显得十分迫切。 深空探测需要什么样的GNC技术?(二) ——在线的制导、导航与控制技术 作者:新流浪猫 在线的制导、导航与控制 NASA将深空GNC的组成分为4个功能部分: 传感、计算、控制/驱动以及地面测试 ,而融合这四部分功能的是GNC自主系统和执行软件。 图1  NASA对深空飞行器GNC系统的功能划分 1 自主GNC技术所面临的未来任务 自主GNC技术所面临的未来任务主要包括: 表面着陆     - 在有较大重力和大气影响的天体表面着陆;     - 在有重力影响但没有大气的天体表面着陆;     - 在重力很小的小型天体表面着陆; 重力很小的小型天体接近操作; 取样返回任务; 上升,自主交会对接任务(AR&D); 多目标的行星航行; 行星轨道器; 编队飞行、航天器集群、分布式飞行器系统; 无重力条件下的碰撞-返回式(touch-and-go, TAG)接触。 这些任务对GNC的挑战在于: 地面辅助的时延长,不能满足任务需求; 在探测所在地需实时性强的操作; 面临未知和动态的环境; 复杂的故障处理; 更长寿命的任务时间。 2 GNC自主系统和执行软件的组成与功能 图2 GNC自主系统和执行软件的组成与功能 图2细化了GNC自主系统和执行软件的组成与功能,GNC自主系统主要完成事件规划以及各类时序任务,提供不同功能间的逻辑和智能化相互联系等。 在抽象层面上,各部分的作用是: 传感,包括各种传感设备的使用以及危险检测功能; 计算,基于各种数据源,估计当前的姿态轨迹,并计算未来的轨迹和姿态。内容包括:基于图像的导航(例如TRN)、姿态估计、轨道确定、危险检测与分析、姿态和路径控制、过程纠正等; 控制/驱动,根据计算结果控制姿态和轨迹,包括驱动发动机,控制各种气动舵翼等。 在线GNC技术的典型任务 火星着陆       由于存在高动态的环境,较大的重力场,以及大气干扰,火星着陆的控制必须完全自主,以实现快速、闭环的姿态控制和轨迹规划及制导。在伞降段结束后的动力下降段,通过基于地标的导航、相对目标导航(TRN),将能确定距离目标点的距离,并实时规划大范围的调整轨迹,实施精确着落。现有的着陆技术由于大气的干扰导致降落点散布大(例如,火星上4-8km),这就需要较大的安全着陆区,且要满足着陆车漫行到探测点的需求。如果预先确定的着落区无法保证地形安全性的要求,需通过危险检测与避障(HDA)实施自主安全着陆。总之,火星着陆需要再入前的导航(以确定再入起点)、在线的基于地标的导航、TRN、燃料最优的大范围轨迹调整制导(路径规划)、HDA等紧密合作。 有重力影响但没有大气的天体表面着陆     例如月面着陆,因为没有大气的影响,可以从很高的轨道探测月面的情况,也不存在黑障。采用的技术包括基于地标的自主导航、TRN、HDA。与火星探测需求相同的是,探测器应能直接降落在被危险地形包围的探测点。 重力很小的小型天体表面着陆     在重力很小的情况下,可能要多次着落,因此存在再次上升的过程。一般不考虑大气影响,因此地标是容易辨识的,但仍需要复杂和实时的轨迹和姿态优化控制。在与表面接触时不能造成任何损坏,因为还需完成再次上升的过程,因此这类任务包含了再入(E)、下降(D)、着陆(L)和上升(A)全过程。它的难点还在于对小型天体缺乏足够的信息,有关地标和详细的重力模型很可能只有在接近该天体才逐步获取,有可能需要地面辅助。 在土卫六和金星上着陆     这两个星球尽管有很大差异,但是二者大气密度与重力场势能的比例较为类似,当降为亚音速后,再入轨迹相当慢,可以采用降落伞提供将近10多分钟的下降,这给制导带来了充足的时间。导航可以采用TRN、辐射计、来自地球的单向无线电数据和自身高精度的时钟(例如以前介绍的DSAC),或者利用在轨飞行器作为中继。 重力很小的小型天体接近    操作 其特点是低重力和缺乏大气,因此: 有足够的时间获取信息并对目标提取特征; 可以缓慢下降到目标; 存在多次着陆接触或上升; 关键的事件可以中止或重启。 没有大气,减少了由此带来的不确定性和风的影响,可以采用基于地标的自主导航、TRN。但对于彗星,由于其向外析气,可能会影响上述导航效果。避免碰撞、避免喷射的物质、复杂的重力和动力学模型是任务的关键,同时避免发动机排出的推进剂干扰或污染天体表面,这将成为另一个GNC设计约束。 取样返回任务     此类任务的模式较多,例如 MSR火星取样返回。 TAG模式,软着陆和立即上升。 MSR-like类似于火星取样返回任务,直接返回至地球,需要在线的导航和制导控制,设计高效的燃料最优返回轨迹。 Dart-like类似于投射方式的取样,将样品喷射回等待的飞行器。 micro-sample-return利用电推进的小型卫星进行取样并返回地球。 多目标的星际航行 一般是低推进任务,配合使用电推进系统,需要很长的航行时间。 行星轨道器     轨道运行和伴飞要考虑辐射问题,而采用合适的控制算法能够维持健康的状态。 编队飞行和航天器集群     保持多个飞行器相对队形和维持一个集群的模式,是两项不同的操作。飞行器相对之间的几何关系精度,从毫米级至米级,前者可以采用飞行器之间的无线连接和红外通讯,后者应用到大量图像处理。对多个目标的同时观测和远程干涉观测是这类典型应用。 关键技术及其应用与优先级 图3给出了在线GNC关键技术,及其与不同任务的相关性:      图3  技术与任务的相关性分析 在这里从软硬件的层面将关键技术分为五大类,第1、2项技术主要涉及到算法和软件,第3、4项技术主要涉及到与传感器相关的硬件设施 以惯性技术为主的在线GNC技术,包括6自由度的制导与控制、非线性优化和路径规划技术、自主制导导航与控制系统、融合多源数据的集成GNC软件系统、低推进制导、太阳帆制导与控制等。 相对目标估计,包括相对目标定位和姿态预计、航空制导(aeroguidance)与控制、危险检测与避障、分布式飞行器集群控制、行星上的精确定位系统等。 相对目标传感,包括测高仪和测速仪、地形传感设备、危险检测传感器等; 惯性-天体传感,包括“纳g”级的加速度计,精确定时等; 其他GNC飞行设备,包括微小飞行器的GNC技术、抗辐射的GNC传感器和电子设备、大气制导控制机构、太阳帆控制机构、先进的在线计算等; 地面测试设施,包括自由飞行推进测试平台(短时间)、实验室级6自由度仿真器、基于无人机的自由飞行平台(长时间)、高速再入/下降/着陆测试平台等。 将上述技术与未来十年的任务进行了相关性分析,用红、黄、绿表示相关性依次递减。这些任务就不再展开介绍了。 图4列出了两种维度下技术的优先级,其中“raw prioritization”是根据使用的频度来区分的,而“cost-moderated prioritization”是根据开发费用来区分的,还好两者比较接近: 图4  GNC技术的优先级分类 表中共性高优先级的任务包括:6自由度的制导与控制、非线性路径规划、集成化的GNC软件、目标相对定位和姿态估计,敏感极小引力(1X10-9g级别)的加速度计,先进的在线计算能力等。 在未来深空科学探测任务中,对“自主”(autonomous)或“自动化”(automated)控制的需求越发强烈,尽管二者的含义是有区别的,但在本文中的主要含义则是指无需地面人工辅助、完全由飞行器自行决定的制导、导航和控制,这主要是由高动态任务的特性决定的,天地之间链路的延时已不满足实时控制的需求,现场瞬息万变,需要飞行器自行及时响应,这将成为未来GNC的技术重点突破所在;并且始终将故障检测、定位与隔离(FDIR)作为研究重点(限于篇幅,本文未对FDIR进行过多介绍)。而当自主性不断增强,也许航天器的控制会逐步迈入智能化时代。 编后语: 对火星探测等经由大气下降的地外天体着落,GNC将起着非常关键的作用。由于伞降是减速的有效手段而被这类任务广泛采用,但伞降的不确定性也带来了后续动力下降段初始条件(速度、位置、姿态)的不确定性,需要大范围的在线轨迹重优化工作。虽然人类已有飞行器登陆火星,但由于缺乏自主在线的GNC技术,需要较大范围的安全区域,这类区域往往并不是最有科学价值的探测点,或者很难找到这样的安全区域。因此,对于未来追求更多科学回报的任务,仅仅满足能够在火星上着陆是不够的,需要GNC发挥更大的作用。[/p][/p][/p]

[paragraph] 原载: 猫眼看天微信公众号 编者按: 上期的“ 猫 ” 眼看天专栏,我们介绍了在线的导航与任务设计,今天我们来详细说说在线的GNC技术。与地面的导航和任务设计相比,在线GNC技术效果更好,因为只有飞行器自身才最了解当前最新的各种情况;但挑战也更大,因为这对制导、导航和控制都提出了很高的处理要求,一方面飞行器上计算机的处理能力由于受到功耗、体积的限制以及对抗辐射的要求,其计算速度远低于地面计算机系统;另一方面,即使有些问题由地面中心的技术人员来处理也相当棘手,更不用说让飞行器去自主解决了。但是,对探测的需求已经发展到若是没有在线GNC几乎就无法完成任务这一层面,因此开展自主在线的GNC就显得十分迫切。 深空探测需要什么样的GNC技术?(二) ——在线的制导、导航与控制技术 作者:新流浪猫 在线的制导、导航与控制 NASA将深空GNC的组成分为4个功能部分: 传感、计算、控制/驱动以及地面测试 ,而融合这四部分功能的是GNC自主系统和执行软件。 (附件:259698) 图1  NASA对深空飞行器GNC系统的功能划分 1 自主GNC技术所面临的未来任务 自主GNC技术所面临的未来任务主要包括: 表面着陆     - 在有较大重力和大气影响的天体表面着陆;     - 在有重力影响但没有大气的天体表面着陆;     - 在重力很小的小型天体表面着陆; 重力很小的小型天体接近操作; 取样返回任务; 上升,自主交会对接任务(AR&D); 多目标的行星航行; 行星轨道器; 编队飞行、航天器集群、分布式飞行器系统; 无重力条件下的碰撞-返回式(touch-and-go, TAG)接触。 这些任务对GNC的挑战在于: 地面辅助的时延长,不能满足任务需求; 在探测所在地需实时性强的操作; 面临未知和动态的环境; 复杂的故障处理; 更长寿命的任务时间。 2 GNC自主系统和执行软件的组成与功能 (附件:259699) 图2 GNC自主系统和执行软件的组成与功能 图2细化了GNC自主系统和执行软件的组成与功能,GNC自主系统主要完成事件规划以及各类时序任务,提供不同功能间的逻辑和智能化相互联系等。 在抽象层面上,各部分的作用是: 传感,包括各种传感设备的使用以及危险检测功能; 计算,基于各种数据源,估计当前的姿态轨迹,并计算未来的轨迹和姿态。内容包括:基于图像的导航(例如TRN)、姿态估计、轨道确定、危险检测与分析、姿态和路径控制、过程纠正等; 控制/驱动,根据计算结果控制姿态和轨迹,包括驱动发动机,控制各种气动舵翼等。 在线GNC技术的典型任务 火星着陆       由于存在高动态的环境,较大的重力场,以及大气干扰,火星着陆的控制必须完全自主,以实现快速、闭环的姿态控制和轨迹规划及制导。在伞降段结束后的动力下降段,通过基于地标的导航、相对目标导航(TRN),将能确定距离目标点的距离,并实时规划大范围的调整轨迹,实施精确着落。现有的着陆技术由于大气的干扰导致降落点散布大(例如,火星上4-8km),这就需要较大的安全着陆区,且要满足着陆车漫行到探测点的需求。如果预先确定的着落区无法保证地形安全性的要求,需通过危险检测与避障(HDA)实施自主安全着陆。总之,火星着陆需要再入前的导航(以确定再入起点)、在线的基于地标的导航、TRN、燃料最优的大范围轨迹调整制导(路径规划)、HDA等紧密合作。 有重力影响但没有大气的天体表面着陆     例如月面着陆,因为没有大气的影响,可以从很高的轨道探测月面的情况,也不存在黑障。采用的技术包括基于地标的自主导航、TRN、HDA。与火星探测需求相同的是,探测器应能直接降落在被危险地形包围的探测点。 重力很小的小型天体表面着陆     在重力很小的情况下,可能要多次着落,因此存在再次上升的过程。一般不考虑大气影响,因此地标是容易辨识的,但仍需要复杂和实时的轨迹和姿态优化控制。在与表面接触时不能造成任何损坏,因为还需完成再次上升的过程,因此这类任务包含了再入(E)、下降(D)、着陆(L)和上升(A)全过程。它的难点还在于对小型天体缺乏足够的信息,有关地标和详细的重力模型很可能只有在接近该天体才逐步获取,有可能需要地面辅助。 在土卫六和金星上着陆     这两个星球尽管有很大差异,但是二者大气密度与重力场势能的比例较为类似,当降为亚音速后,再入轨迹相当慢,可以采用降落伞提供将近10多分钟的下降,这给制导带来了充足的时间。导航可以采用TRN、辐射计、来自地球的单向无线电数据和自身高精度的时钟(例如以前介绍的DSAC),或者利用在轨飞行器作为中继。 重力很小的小型天体接近    操作 其特点是低重力和缺乏大气,因此: 有足够的时间获取信息并对目标提取特征; 可以缓慢下降到目标; 存在多次着陆接触或上升; 关键的事件可以中止或重启。 没有大气,减少了由此带来的不确定性和风的影响,可以采用基于地标的自主导航、TRN。但对于彗星,由于其向外析气,可能会影响上述导航效果。避免碰撞、避免喷射的物质、复杂的重力和动力学模型是任务的关键,同时避免发动机排出的推进剂干扰或污染天体表面,这将成为另一个GNC设计约束。 取样返回任务     此类任务的模式较多,例如 MSR火星取样返回。 TAG模式,软着陆和立即上升。 MSR-like类似于火星取样返回任务,直接返回至地球,需要在线的导航和制导控制,设计高效的燃料最优返回轨迹。 Dart-like类似于投射方式的取样,将样品喷射回等待的飞行器。 micro-sample-return利用电推进的小型卫星进行取样并返回地球。 多目标的星际航行 一般是低推进任务,配合使用电推进系统,需要很长的航行时间。 行星轨道器     轨道运行和伴飞要考虑辐射问题,而采用合适的控制算法能够维持健康的状态。 编队飞行和航天器集群     保持多个飞行器相对队形和维持一个集群的模式,是两项不同的操作。飞行器相对之间的几何关系精度,从毫米级至米级,前者可以采用飞行器之间的无线连接和红外通讯,后者应用到大量图像处理。对多个目标的同时观测和远程干涉观测是这类典型应用。 关键技术及其应用与优先级 图3给出了在线GNC关键技术,及其与不同任务的相关性:     (附件:259700) 图3  技术与任务的相关性分析 在这里从软硬件的层面将关键技术分为五大类,第1、2项技术主要涉及到算法和软件,第3、4项技术主要涉及到与传感器相关的硬件设施 以惯性技术为主的在线GNC技术,包括6自由度的制导与控制、非线性优化和路径规划技术、自主制导导航与控制系统、融合多源数据的集成GNC软件系统、低推进制导、太阳帆制导与控制等。 相对目标估计,包括相对目标定位和姿态预计、航空制导(aeroguidance)与控制、危险检测与避障、分布式飞行器集群控制、行星上的精确定位系统等。 相对目标传感,包括测高仪和测速仪、地形传感设备、危险检测传感器等; 惯性-天体传感,包括“纳g”级的加速度计,精确定时等; 其他GNC飞行设备,包括微小飞行器的GNC技术、抗辐射的GNC传感器和电子设备、大气制导控制机构、太阳帆控制机构、先进的在线计算等; 地面测试设施,包括自由飞行推进测试平台(短时间)、实验室级6自由度仿真器、基于无人机的自由飞行平台(长时间)、高速再入/下降/着陆测试平台等。 将上述技术与未来十年的任务进行了相关性分析,用红、黄、绿表示相关性依次递减。这些任务就不再展开介绍了。 图4列出了两种维度下技术的优先级,其中“raw prioritization”是根据使用的频度来区分的,而“cost-moderated prioritization”是根据开发费用来区分的,还好两者比较接近: (附件:259701) 图4  GNC技术的优先级分类 表中共性高优先级的任务包括:6自由度的制导与控制、非线性路径规划、集成化的GNC软件、目标相对定位和姿态估计,敏感极小引力(1X10-9g级别)的加速度计,先进的在线计算能力等。 在未来深空科学探测任务中,对“自主”(autonomous)或“自动化”(automated)控制的需求越发强烈,尽管二者的含义是有区别的,但在本文中的主要含义则是指无需地面人工辅助、完全由飞行器自行决定的制导、导航和控制,这主要是由高动态任务的特性决定的,天地之间链路的延时已不满足实时控制的需求,现场瞬息万变,需要飞行器自行及时响应,这将成为未来GNC的技术重点突破所在;并且始终将故障检测、定位与隔离(FDIR)作为研究重点(限于篇幅,本文未对FDIR进行过多介绍)。而当自主性不断增强,也许航天器的控制会逐步迈入智能化时代。 编后语: 对火星探测等经由大气下降的地外天体着落,GNC将起着非常关键的作用。由于伞降是减速的有效手段而被这类任务广泛采用,但伞降的不确定性也带来了后续动力下降段初始条件(速度、位置、姿态)的不确定性,需要大范围的在线轨迹重优化工作。虽然人类已有飞行器登陆火星,但由于缺乏自主在线的GNC技术,需要较大范围的安全区域,这类区域往往并不是最有科学价值的探测点,或者很难找到这样的安全区域。因此,对于未来追求更多科学回报的任务,仅仅满足能够在火星上着陆是不够的,需要GNC发挥更大的作用。[/p][/p][/p]


这里我们来探讨一下小卫星的用途。不说任何不可能性,可以多提一些想法。尽可能去找别人论证的文献,或者是自己做论证。 视频卫星 http://news.xinhuanet.com/2014-09/08/c_1112396523.htm 印度尼西亚LAPAN-TUBSAT http://en.wikipedia.org/wiki/Lapan-TUBsat P07_LAPAN APRSAF-14 Plenary1c.pdf 940k 20次 6U立方体(遥感)卫星的商业用途 by 澳大利亚航天工程研究中心 & 南威尔士大学 作者将7颗6U立方体遥感卫星与RapidEye( http://baike.baidu.com/view/4036068.htm ,德国的商用遥感卫星星座,5颗星组成)进行了比较,数据显示35颗立方体卫星组成星群是更好的方案。 虽然单个立方体卫星每圈轨道传回的数据更少,但是每个卫星的价格低。这样,在同样的系统造价的条件下,立方体卫星可以有更多数量,35*6U星群传回的数据和RapidEye一样多。然而35颗星的星群具有更高的重访频率,可以大大提高拍到无云图像的概率。 wifi卫星 目前已知的有两种实现方式 使用一个设备作为热点,负责与卫星通信 http://uncrate.com/stuff/iridium-go-satellite-wifi-hotspot/ 或者是只进行单向的广播通信 http://en.wikipedia.org/wiki/Outernet 有无可能用普通wifi设备直接与卫星通信?暂时还没搜索到这方面的论证资料,希望楼下有人尝试计算。一般认为这个是不可行的,除非采用非常变态的设备。严谨起见,还是进行完善的论证为好。 使用Ku或者Ka波段的好处是显而易见的:容量大,天线尺寸小,现在的技术制造这样的设备也不太贵。当然如果能让用户直接使用wifi连接是最好的情况。 无线电监测卫星 对付目前非常讨厌的假基站或者其他干扰源,利用高度的优势,直接定位发射点。 china_electronic_intelligence_elint_satellite_developments_easton_stokes.pdf 1.68M 11次 中国的电子情报卫星(SIGINT)资料 使用卫星能监测地面上的何种无线电干扰,非法发射是否能被卫星感知到,这是个值得讨论的话题。 探空仪的替代品 主动降低轨道再入大气层,一次任务可以探测0-600km的空间环境。如果不考虑热防护,应该可以在40-50km的区间工作,再降低高度会因为大气摩擦烧毁。加上热防护,或者使用大气俘获的方式,安全返回地面是有可能的。现有探空火箭发射成本不低,200km射高至少需要100万的费用,并且上面的有效载荷是相当昂贵的。再入飞行器可以收集到更多数据,这是一个可能的低成本方案。 关于发射 与有效载荷的造价相比,现在的商业运载火箭搭载服务价格并不算贵。目前小卫星搭载在10万RMB/kg以内,以后随着SpaceX等公司的技术水平提高,价格还会降得更低。 今晚暂时只找到这么多,更多内容后面慢慢加。 KC的开源卫星团队,将会针对日后有良好前景的用途,开发卫星有效载荷。 本帖讨论的东西,大家都将有机会亲手完成制造并发射到轨道上。 本贴只讨论具体技术,军事应用、政治问题不在讨论范围内。


[paragraph] 霍曼转移轨道: http://baike.baidu.com/link?url=fsZy2jzJSoGvnqsRoAXtSyYnNkVRum741-WknFVNmxnLnm3zbJiiNSvF-T87ihAB7mT482RExxjQcFmveJgLfU6VFV7OyFdJ5LUjl-IYCafppk7f3v3EDH3llbgZIgsa http://baike.baidu.com/link?url=Wt7C-MXKS4GffqWk5CMSJNrKWeZZ7WuyZOU5X3XLBXHtBNEVraMUl6hYddGy4_aB 霍曼转移所用的轨道是一种 近地点 在较低高度、 远地点 在较高高度的椭圆轨道。为充分的利用了星体引力产生的能量,所以这种转移所用到的能量最小。利用这一轨道,航天器可以实现从低轨道到高轨道的转移,或从高轨道到低轨道的转移。(这里的高轨道、低轨道不特指某一高度的轨道) 过程:在低轨处的运行速度为v,沿切线方向加速Δv至v 1 ,等到轨道高度升到最大值时速度为v 2 再加速Δv`至v 3 ,这时便升入了较高轨道。 数据的求解: 1.开普勒三大定律:        ①椭圆定律所有行星绕太阳的轨道都是椭圆(达到/超过逃逸速度后是抛物线/双曲线),太阳在椭圆的一个焦点上。 ②面积定律行星和太阳的连线在相等的时间间隔内扫过相等的面积(角动量守恒)。 ③调和定律所有行星绕太阳一周的恒星时间的平方与它们轨道长半轴的立方成比例 开普勒第二定律通过化简可以得出角动量守恒的结论,利用这个结论可以获得第一个方程。 2.能量守恒定律:这里讨论的能量是指机械能也就是重力势能(由于距离变化较大,万有引力不能当成不变的力计算)+动能,这样我们能够得到第二个方程。 为了使方程组看起来更简洁,我令一部分数据分别为k1和k2。 将两个方程联立求解得出最低点和最高点的速度: 在高中物理中也讲到了关于圆周运动的计算: 把轨道从较低的圆轨变成椭圆轨道需要加速,这里的速度增量就是v1-v。 当飞到最高点时需要再次加速才能使椭圆轨道彻底变成较高的圆形轨道,这里的速度增量为v3-v2。 用于计算霍曼转移的软件: 霍曼变轨.exe.zip 5.00k 10次 如果是行星间的转移星球半径填0,如果是卫星变轨则填入星球半径,这时近地点和远地点为到星球表面的距离。


航天局大院的资料似乎只有关于载具的,刚好把我收集的一些关于业余卫星的链接整理一下和大家分享。电脑上各种东西存了1G多,很多东西不记得在哪里下的了,有时间再慢慢补充。 先放到这里吧,如果分类不合适请管理员辛苦一下。 ------------------------------------------------------------------------------------------ 载荷的技术门槛较运载火箭低很多,哪怕只是一块铁疙瘩只要送上了轨道严格说也应该算人造卫星。业余卫星的技术比较简单且有一定的实用意义,于是成为了国外多数大学铁疙瘩卫星的一个很大众的选择。 个人认为,业余卫星严格说是携带了业余通信转发器的卫星。使用业余频段用于信标/测控/数据链路的卫星也可算作业余卫星,但它们无法用于爱好者间的通信,爱好者对它们的兴趣也弱一些,但这也是应当予以鼓励的。 业余卫星方面的书有本The Radio Amateur's Satellite Handbook,之前用电驴下的,很慢,链接也找不到了,有需要的可以跟帖留个邮箱,164 MB。中文版的估计再有个一年半载也应该出来了,人民邮电出版社。 业余卫星组织 AMSAT   http://www.amsat.org/amsat-new/index.php AMSAT-UK   http://www.uk.amsat.org/ CAMSAT   http://www.camsat.cn/ 卫星索引 http://www.amsat.org/amsat-new/satellites/all_oscars.php http://www.dk3wn.info/satellites.shtml CubeSat CubeSat官网   http://www.cubesat.org/ CubeSat Kit   http://www.cubesatkit.com/ CubeSat电源   http://www.clyde-space.com/ 小卫星 (近几年的比较多,CubeSat比较多) FOX   http://www.amsat.org/amsat-new/fox/ ARISSAT-1   http://arissat1.org/ ECHO   http://www.amsat.org/amsat-new/echo/index.php AAUSAT   http://www.cubesat.aau.dk/ AAUSAT II   http://aausatii.space.aau.dk/ CanX-2   http://www.utias-sfl.net/nanosatellites/CanX2/ COMPASS   http://www.raumfahrt.fh-aachen.de/ Cute-1.7+APD 2   http://lss.mes.titech.ac.jp/ssp/cute1.7/index_e.html Hermes   http://spacegrant.colorado.edu/index.php/current-projects/178-hermesspacecraft OUFTI-1   http://www.leodium.ulg.ac.be/cmsms/ P3E     http://www.p3e-satellite.org/ RAX   http://rax.engin.umich.edu/ SEEDS II   http://cubesat.aero.cst.nihon-u.ac.jp/english/seeds_2_e.html XaTcobeo   http://www.xatcobeo.com/cms/index.php XI-IV/XI-V   http://www.space.t.u-tokyo.ac.jp/cubesat/index-e.html 卫星跟踪工具 Orbitron   http://www.stoff.pl/ HRDSatTrack   http://www.ham-radio-deluxe.com/ PACSAT协议相关 Implementation of The Pacsat Protocol Suite on SUNSAT   http://www.jamsat.or.jp/oscar/sunsat/mirror/studente/jboot/artikel.html The KD2BD Pacsat Modem   http://www.amsat.org/amsat/articles/kd2bd/Pacsat_Modem/index.html 其它 MICROSAT MOTION, STABILIZATION, AND TELEMETRY   http://coloradosatellite.com/Papers/Motion.html


9月28日,哈工大“紫丁香一号”业余小卫星团队在中国航天长城工业公司总部参加了QB50工程亚洲区国际协调会,哈工大业余无线电俱乐部6名学生及哈工大卫星技术研究所的指导教师参加会议,并就目前的研究进展作了详细报告。 当日,来自比利时、荷兰、英国、澳大利亚、新加坡、韩国等国家和地区以及国内7所高校的专家学者和学生们相聚北京,展示各方面成果,共同讨论QB50项目当前的研制进展、遇到的问题及机遇。值得一提的是,我校的“紫丁香一号”业余小卫星团队成员大多为本科生,是本次与会平均年龄最小的一个团队。 会上,团队还展示了团队自行研制的CubeSat样机,包括框架结构,电源分系统,星务管理分系统以及软件无线电收发信机,并使用电视棒软件无线电搭建了遥测演示系统,由于其自主创新性强和任务进展快,受到了与会代表的高度关注。 QB50 项目是由欧盟出资确定的第七框架协议旗舰项目。项目采用 50 颗卫星组网,实现对目前人类尚未深入涉足的低热层( 90 到 300 公里)大气的中性粒子、带电离子的组成与分布、阻力参数、大气温度与磁场进行多点在轨测量,同时开展卫星再入大气层过程的相关研究。这将是目前世界上参与国家和地区最多的微小卫星国际合作项目,也是一次发射卫星最多的项目,我校与西北工业大学、国防科技大学、南京理工大学、北京航空航天大学、浙江大学、上海科技大学7所大陆高校入选该项目。根据计划,所有50 颗卫星预计将在 2015 年 4 月通过一枚火箭同时完成发射,轨道高度为 350km 。从发射到坠落整个系统的生命周期为大约 3 个月。在完成大气探测这一基本功能的基础上,项目还将开展卫星编队飞行、太阳帆推进、太空垃圾清除、航天器再入返回等多项创新型研究。 我校参与QB50项目的“紫丁香一号”小卫星重约两公斤,将携带中性粒子质谱仪、业余无线电转发器与CMOS相机发射升空,实现低热层大气探测、无线电中继通信及空间摄影功能,在轨寿命约三个月。




    科技日报讯 (通讯员吴军辉 记者冯国梧)南开大学化学学院教授陈永胜和物理学院教授田建国的联合科研团队,通过3年研究获得了一种特殊的石墨烯材料。该材料可在包括太阳光在内的各种光源照射下驱动飞行,获得的驱动力是传统光压的千倍以上。该研究成果令“光动”飞行成为可能。     6月15日,介绍这一成果的论文在线发表于国际著名学术刊物《自然·光学》上。     该团队研究人员将一个重为4毫克的形似“海绵”的圆饼状三维石墨烯材料放置到真空管中,在不同光源的“推动”下,“海绵”瞬间发生了水平或竖直方向的位移,最大移动距离可达40厘米。     研究人员介绍,实验所用光源都较弱,如普通激光、氙灯等。实验发现,光源的波长与石墨烯材料产生的驱动力成反比,即波长越短,材料产生的驱动力越大。通过室外实验,研究人员发现太阳光同样可以驱动这种石墨烯材料移动。     “这是我们了解到的迄今为止科学界第一次用光推动一个宏观物体并实现宏观的驱动。”陈永胜说,通过定量测量,这种石墨烯材料在光照条件下产生的力是传统光压的千倍以上。通过计算,500公斤的负载,如果利用基于这种石墨烯材料制备的驱动帆板,理论上获得的驱动力至少能使其达到0.09米每秒的加速度。     除了观察到这种光直接驱动飞行外,研究团队经过大量的实验,提出这种材料在光作用下,通过发射大量的电子获得了相应的驱动力,即这种特殊的驱动是通过电子喷射获得的,完全不同于传统的化学火箭。 http://digitalpaper.stdaily.com/http_www.kjrb.com/kjrb/html/2015-06/20/content_307321.htm?div=-1

引用 拔刀斋: 70eV的电子激发机理存疑,已经远远超出光电效应里入射光子的能量了。 即使有某种能级倍增机制,70eV也远远超出石墨烯的能带甚至碳原子的第一电离能了,这么高能量的激发会直接把石墨烯电离成等离子体。 另外需要排除真空残余气体的热力效应... 实验中所用的激光能量大约1.5eV,而被激发的电子能量高于此值,图4中采用脉冲宽度统计峰值为70eV(这大概是每秒5000公里级别的速度),而且其能量分布与入射波长、功率密度都没有关系,仅强度与功率密度正相关,的确很奇怪,难道这些电子是能级稳定的? 该作者报告的现象是激光波长越短效果越好(450nm优于650nm),该现象与残余气体的热力学效应是否吻合?电子的能量与气体的热力学效应似乎不吻合,除非他把能量测错了。




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