卫星产业的创新案例与现实启示

航天 · 2016-11-22 23:48:26

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卫星产业由卫星制造、卫星发射、卫星服务和地面终端设备制造四个部分组成，有通信、导航和遥感三大应用领域。2014年，全球卫星产业总产值达2032亿美元。其中，四大部分分别占8%、3%、61%和28%。2004—2013年，全球卫星产业平均年增长率达11%，远高于全球经济的增长速度。在互联网思维、放松管制等因素的影响下，卫星产业的新技术、新应用和新模式层出不穷，掀起了一场新的产业革命。这充分显示了卫星产业的高科技特点，以及全球化、空间化、信息化环境下人类经济和社会活动对卫星产业的日益依赖性。　　近年来，在政府相关科技和产业政策的指导和扶持下，我国卫星产业发展取得了长足的进步。商用在轨通信卫星数量从数年前的几颗迅速增长到十数颗，S频段移动卫星通信系统和Ka频段宽带卫星通信系统已在建设之中，卫星直播电视“户户通”用户快速增长到2300万，机载宽带卫星通信成为新的应用热点；“北斗”导航进入各个应用领域，自2012年开始向亚太地区提供商业服务。2014年，继美国“全球定位系统”（GPS）、俄罗斯“格洛纳斯”（GLONASS）之后，“北斗”成为第三个获得国际海事组织认可的卫星导航系统；2013年底，高分—1遥感卫星正式投入使用，各类示范应用得到展开；2014年8月，高分—2遥感卫星发射成功，空间分辨率优于1m，这标志着我国遥感卫星进入亚米级“高分时代”；一些民营企业开始涉足卫星制造和应用领域，为我国卫星产业注入了新的活力。然而，与美国等西方发达国家相比，我国卫星产业的应用水平和经济规模仍然有限。例如，美国在全球卫星产业总产值中占44%，在卫星服务业中占41%，率先创造了各种卫星新技术、新应用和新模式。相比之下，2013年，我国卫星应用产值约为1160亿元人民币。其中，90%来自卫星导航，而卫星导航中的90%又被GPS所占据。可见，我国卫星产业的发展机制和模式还有待创新。　　创新是信息和知识经济时代推动科技进步和产业发展的强大动力。如果说学习是创新的主要源泉，那么案例研究则是学习的基本路径。他山之石，可以攻玉。研究国际卫星产业中的技术方向、应用和管理模式，借鉴发达国家的成功经验，必将为我国卫星产业发展提供有益的现实启示。　　1 创新案例　　电推进卫星　　一直以来，卫星轨道转移和位置保持都是依靠化学推进系统，而化学推进系统质量约占卫星总质量的40%。对于卫星运营商来讲，这意味着较大的卫星发射成本、较小的卫星载荷，以及较低的卫星性价比。电推进概念百年前就被科学家们所提出，其基本思路是将外部电能转化为推进剂喷射动能。电推进主要有电热型、静电型、电磁型三类。其中，静电型中的离子和霍尔电推进技术最为成熟，应用最为广泛。与化学推进相比，电推进的比冲性能要高1个数量级，其主要优点是可以降低卫星发射质量、增加卫星有效载荷、延长卫星工作寿命、提高卫星性价比和卫星运营商的市场竞争力。　　电推进最初主要用于航天器和卫星的轨道保持。2012年，美国波音公司率先推出全电推进卫星平台——BSS—702SP，它能满足低中功率（3～8kW）范围卫星供电需要，具有很高的性价比，一经推出就赢得了亚洲广播卫星公司（ABS）和墨西哥卫星公司（SATMEX）的4颗卫星订单。2015年3月，这4颗卫星中的前2颗卫星成功发射，在业界引起很大反响，从此卫星通信进入全电推进时代。

亚洲广播卫星—3A（全球首批发射的全电推进商业通信卫星之一）　　低成本火箭　　火箭发射成本对于宇航和卫星应用影响极大。为提高航天运载系统的可靠性和成本效率，美国太空探索技术公司（SpaceX）以美国政府急需的低轨道航天运输需求为切入点，坚持“简单、低成本、高可靠”的经营理念，打破传统的研制思路，将信息技术、先进金融和项目管理、成熟可靠的航天技术、综合性的工程化方法等要素融为一体，在研发、生产、运营、发射各个环节进行成本最小化的创新改进，创造出新的火箭制造和发射服务模式，以明显的价格优势和高可靠的火箭产品和服务，成功地进入相对封闭的航天制造业，获得了近50份合同，累计金额数十亿美元。2013年12月4日，太空探索技术公司的猎鹰—9火箭成功将SES—8商业通信卫星送入预定轨道，这是该公司首次成功发射商业卫星。　　除了大幅度降低运载火箭的研制和发射成本，太空探索技术公司还在持续进行火箭回收试验，因为火箭回收能够降低发射成本80%，二级回收能够降低99%。截至2015年9月30日，太空探索技术公司的猎鹰-9一级火箭回收试验进行了5次，虽然尚未成功，但它预示着一种新的卫星产业发展方向，将深刻地改变世界航天和卫星应用的产业生态。

美国太空探索技术公司的猎鹰—9运载火箭　　　　视频卫星　　视频卫星是一种新型遥感卫星，其最大特点是能够对某一地区进行“凝视”观测，以“视频录像”方式获得更多的动态信息，它特别适合观测动态目标，分析瞬间特征。　　美国硅谷的天空盒子成像公司（Skybox Imaging）正在发展由24颗微小卫星组成的“天空卫星”（SkySat）星座。该星座每颗卫星可以每次拍摄90s的高清视频，具有低成本（单颗卫星5000万美元）、高空间分辨率（1m）和高时间分辨率（3h）等特点。　　天空盒子成像公司将时序图像、视频图像、大数据结合在一起，提供基于互联网和云技术的商用数据分发服务，其应用领域包括矿山、工厂、港口、商业、保险、政府等，用户可以使用自己的算法、开发自己的应用。　　借助互联网服务模式，天空盒子成像公司将卫星遥感应用水平推向一个新的高度，挖掘出了新的商业价值。2014年，谷歌公司（Google）以5亿美元收购了天空盒子成像公司，以拓展卫星照片和视频服务能力。　　　　即插即用卫星　　卫星研制是一项耗资大、耗时长的系统工程，人力成本在其中约占85%。采用即插即用技术来缩短卫星研制时间是一个有效的解决之道，它可以降低研制成本、提高市场响应速度，其经济效益和商业意义巨大。　　即插即用卫星是美国“作战响应空间”（ORS）计划下提出的航天器设计、研制概念，主要用于缩短航天器研制周期、降低航天器研制成本。经过数年的研究，美国军方已经取得显著的进展，找到了实现航天器即插即用的解决方案，完成了演示验证卫星的研制。　　即插即用技术通过采用开放式标准以及机械、电和软件标准接口，来降低研制成本、缩短研制周期。即插即用技术能够自动识别接入组件，并进行动态监测和配置，大大简化卫星组件的组装、集成和测试工作，其目标是6天内研制出一颗卫星。即插即用技术与计算机和信息系统中的组件、模块理念一脉相承，将对航天器和卫星制造业产生革命性的影响。　　灵活卫星　　传统通信卫星一旦入轨，其技术状态基本就被固定，难以针对市场变化作出动态的调整，这难以适应以客户价值为中心、以市场需求为导向的时代要求。对此，近年来，国外兴起了针对通信卫星灵活性的研究，主要以欧洲为代表。　　所谓灵活卫星，主要是指在卫星在轨服役期间，可以动态调整星上资源，以应对市场需求或企业商业模式的变化。灵活卫星有7种形态，即轨道灵活性、覆盖灵活性、频率规划灵活性、发射功率灵活性、路由灵活性、波形及媒体接入控制层灵活性、交换层灵活性。灵活卫星涉及数字波形成形技术、灵活行波管放大器和多端口放大器、数字半透明载荷、再生载荷等。　　灵活卫星与电信网中的智能网、软交换、软件无线电等概念一脉相承。目前，灵活卫星尚处于起步阶段，但它代表卫星通信服务的一个发展方向。　　　　Ka频段宽带卫星　　宽带是信息网络的发展趋势，带宽是通信系统市场竞争力的决定性因素。对于卫星通信系统而言，扩展带宽的有效途径主要是两个：一是开发新的频段；二是提高频率的使用效率。Ka频段宽带卫星通信兼而有之。　　与C、Ku频段相比，Ka频段的频率资源更为丰富，与多点波束、频率复用技术结合后，卫星通信系统容量得以百倍提升。目前，全球主流固定卫星运营商都投资于以Ka频段为代表的高通量卫星（HTS）或载荷。北美的HNS公司和卫讯公司（VIASAT）已分别发展了100万和60万以上的宽带用户，并且都将于2016年发射各自更为先进的高通量卫星。　　Ka频段宽带和高通量卫星的出现为卫星通信注入了巨大的活力。显而易见，Ka频段宽带卫星通信技术是对地面蜂窝移动通信的借鉴。未来，多点波束和频率复用技术将与C、Ku频段相结合，成为扩展卫星通信带宽的重要方式，这已经在国际通信卫星公司（INTELSAT）的EPIC平台中得到充分体现。　　2 现实启示　　　　　　美国卫星产业一马当先来自多种因素的共同驱动　　以上卫星产业中的创新案例绝大多数都是发生在美国，这充分解释了为何美国在全球卫星产业中一马当先。这些创新案例形式上都是技术创新，实际包含技术、管理、商业模式、政策和制度多个方面。即便是即插即用卫星、灵活卫星、Ka频段宽带卫星，其中也融合了许多商业技术，如网络、微机电、微电子、纳米材料等先进理念和研究成果，这显示出当今卫星技术与地面商业技术的交叉融合特征。　　对于太空探索技术公司低成本火箭和天空盒子成像公司的视频卫星来讲，其创新更多表现为集成、管理和制度创新。例如，太空探索技术公司的技术研发注重最新信息技术和航天成熟基础技术的集成和优化，产品服务方面始终将用户需求和体验置于首位，引用成熟有效的财务和预算管理制度，将面向对象和面向过程的工程化方法融为一体。天空盒子成像公司将微小卫星技术与互联网、云服务有机结合在一起，使基于低成本、高时间和空间分辨率、视频化的商业地球图像应用成为现实，掀起了一场类似于GPS的产业浪潮。　　太空探索技术公司的低成本运载技术和天空盒子成像公司的微小卫星技术共同引发的航天和卫星领域的“轨道革命”，其背后更有美国政府政策支持和制度创新的作用。例如，太空探索技术公司从美国航空航天局（NASA）获得了“阿波罗”计划中的火箭发动机等关键技术，由此节省了大量的研制时间和成本。NASA还允许太空探索技术公司使用测试台架，为其解决测试难题。2008年2月，太空探索技术公司从NASA赢得了高达16亿美元的“商业补给服务”（CRS）合同，利用“龙”飞船分12次为“国际空间站”运输货物补给，根据情况可最多增加到31亿美元。这些政府采购合同为太空探索技术公司之类的私营航天企业的成长提供了重要帮助。同样，天空盒子成像公司的出现也是美国政府放松对高分辨率遥感卫星图像的管制、鼓励商业应用的结果。这与20世纪90年代美国政府放松电信业管制、引发信息产业革命浪潮情况大同小异。　　总的来讲，美国卫星产业的发展成就和优势地位是企业技术创新、管理创新，以及美国政府放松管制、推动商业应用、促进军民融合、鼓励企业创新、限制行业垄断、保护知识产权和扶持私人企业发展等因素共同作用的结果。　　　　我国卫星产业后来居上需要多管齐下　　美国等发达国家卫星产业的创新实践表明，卫星产业要实现规模化发展、取得行业领先地位，需要企业和政府从技术、管理、商业模式、互联网思维、机制体制、产业政策和经济制度等多个方面共同推动。　　技术创新是高科技产业的生命线，卫星通信中的信道编码和频率复用等技术曾经展现了巨大的商业价值。技术创新需要以市场需求为导向、以客户价值为核心，其基本方式是模仿、合作和自主研发，其范围涵盖产品、工艺、生产等各个方面，其目标是掌握核心技术。只有拥有核心技术，企业才能在产业链中掌握话语权，在市场竞争中赢得优势地位。　　技术只是企业生产力的一个要素，技术创新活动的开展，技术成果向产品的转化需要管理活动的支持，需要通过商业模式这一框架，与生产、营销、人力、财务等活动进行系统匹配，以形成系统化、特色化的价值创造系统。商业模式创新需要坚持价值性、系统性、独特性、务实性原则。　　商业模式概念的出现源自于基于互联网的电子商务。互联网改变了交易场所，拓展了交易时间，丰富了交易品类，加快了交易速度，减少了中间环节，其渗透性、颠覆性、价值性引起了人们对于商业模式创新的广泛重视。　　商业模式与互联网的内在联系要求企业和商业创新必须坚持互联网思维等现代企业经营理念。互联网思维主要表现为开放化、体验化、扁平化、简约化、社会化、平台化和网络化。只有互联网思维支持下的商业模式才具有新颖性、独特性和价值性。

中国高分-2卫星在轨飞行示意图　　企业经营理念和企业家精神的产生和维持需要企业制度和运行机制的保障，如股权激励、产权和知识产权保护、企业治理等。实际上，技术、管理、商业模式、经营理念等创新都是企业制度和运行机制的产物。只要制度和机制到位，企业、企业家的创新能力就能得到充分的释放。与国有企业相比，激励与约束高度统一的民营企业在技术创新、市场响应、运营绩效等方面有明显的优势，这早已被美国等发达国家高科技产业的发展成果，以及我国改革开放30多年来的成功实践所证实。　　企业制度和运行机制既是企业自身选择的结果，也是国家经济政策和制度的重要组成部分。就我国卫星产业规模化发展这个目标来讲，关键在于加快军工科研院所改革，发展混合所有制企业，加强科研院所与企业之间的协同创新，促进军民融合和资源转化，完善企业法人治理结构，优化军民科研任务管理方式，建立高效的行业组织管理机构，简化民企参与军品科研生产审批程序，加强信息资源共享和知识产权保护，完善军民用技术标准和产品规范，完善投融资政策，降低市场门槛，放松行业管制，鼓励民营企业参与技术研发和产品服务，改变目前存在的军民分割、行业分割、自我封闭、科研重复、资源浪费等局面。　　3 结语　　改革开放为我国卫星产业发展提供了宽松的市场环境，战略性新兴产业规划和“一带一路”战略的实施为我国卫星产业提供了难得的发展机遇。“十八大”以来，政府实施的简政放权以及对民营企业的扶持政策为我国卫星产业释放新的活力。企业技术、管理、商业模式、经营理念、体制机制以及国家产业政策方面的同步创新，必将为我国卫星产业发展提供新的动力。　　具体来讲，我国卫星导航市场已经高度开放，北斗系统的产业化需要加强终端芯片和零部件开发，扩大应用范围，保护知识产权，实行兼容替代来逐步占领市场。卫星遥感要完善卫星遥感政策和法规，加强遥感设施资源和数据共享，在保证国家安全的前提下，加大高分辨率数据的商业应用，支持民企参与商业卫星遥感领域的投资和运营服务，扩大对民营企业的数据采购，鼓励民企参与国际竞争。Ka频段宽带卫星通信要加强国家顶层统一规划和协调，开放电视直播市场，发展付费收视，推动区域性直播等商业应用，尽可能在“宽带中国”计划中应用自主的Ka频段宽带卫星通信系统。　　市场是经济资源配置的主要方式，企业是市场的主体，企业家是企业的灵魂和产业发展的发动机。时代呼唤中国版的创新企业——太空探索技术公司，以及创业英雄——马斯克。我国电子信息产业中的中兴、华为、联想公司，以及互联网产业的BAT（百度、阿里巴巴和腾讯）的崛起，向人们昭示了我国卫星产业的发展方式和美好前景，其前提条件是学习、创新。　　上文选自《国际太空》，如需详情请查阅该期刊。

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