卫星应用产业的机遇与新格局

航天 · 2016-11-22 23:46:02

三十年前，我国首颗静止通信卫星发射成功，开启了我国自主卫星应用的新时代。今天，在通信广播、导航、遥感三大领域，卫星应用作为全球战略性高技术应用领域的标志，已开始步入产业化、规模化高速发展的时代。　　现代产业之间的相互关系已演变成产业链条间的竞争与合作。随着空间技术的进步，以高技术著称的卫星应用市场将呈现出由小众市场向规模市场的转变，由专业化产品向新兴消费类电子产品的转变的特点，直接或间接地改变着卫星制造业、卫星发射业、地面设备制造业和卫星服务业4大应用领域的格局。　　一、规模化应用分析　　虽然卫星已应用于广播、电视、通信、气象观测、预报、卫星导航定位、地球环境监测、减灾救灾等方方面面。但在卫星导航进入市场以前，专业化、小众化几乎是卫星应用市场的另一个标签。而没有规模化的市场应用，就不可能有光明的产业化前景。　　在我国，除北斗导航应用外，在多种因素作用下，长期以来即便是受众广泛的卫星广播电视业务，也同样没能发展成稳定健康的产业化市场，通信卫星应用更多地局限在政府、行业内。但随着HD、FHD、4K电视的推出，卫星广播电视业务或许迎来新的转机，而移动互联网的高速发展以及卫星制造技术能力的提升，对卫星移动通信、卫星影像形成了倒逼机制，催生着卫星规模化应用时代的来临。　　1.“卫星移动互联网　　截至2014年9月底，我国移动电话用户合计12.73亿，比2013年末净增4347万，其中3G用户4.82亿，比2013年末净增8081万,手机网民的数量已超越台式电脑网民的数量，意味着移动互联网迎来了它高速发展的时期。　　在消费领域，从售货机开始接入到互联网起，用户体验已产生了实质性的变化。移动终端延伸了自动售货机的功能，提升的是产品更丰富，配送渠道更加多样化。用户体验未来的社交的软件不再是一款单纯的社交工具，更多承载的是人与人及人与事与物之间的连接和相互协作和沟通，陌生人变成朋友，朋友变成粉丝，粉丝变成客户，客户变成商家循环往复之中。　　移动互连网对卫星导航、卫星通信、卫星影像的需求为海量数据、云计算提供了巨大的市场空间。　　2.“泛”互联网　　物联网是互联网扩展形成的一种“泛”互联网。除传统的智能手机等终端外，可穿戴的眼镜、手表也将作为物联网终端接入互联网。　　据预测，在用物联网设备最多的产业领域将是制造、公用事业和交通运输，这些领域在用的物联网设备数量将达到7.36亿。汽车将是物联网设备数量增长最快的一个领域，增速达到96%。移动互联网是移动和互联网融合的产物，但移动互联网≠移动+互联网，不是简单的加法，而是乘法——移动互联网=移动×互联网。　　在未来，可以想象通过物物相连的庞大网络实现智能交通、智能安防、智能监控、智能物流以及家庭电器的智能化控制。给世界经济发展构建了一个十分美好的蓝图，地面移动互联网为卫星移动互联网培育了大量潜在终端，在空间的广度和深度上给卫星移动互联网营造了良好的应用氛围。　　3.成像与遥感应用　　美国Skybox创业公司发射的Skybox卫星，对Google地球即时影像监控或将重新定义商业卫星市场，向卫星实时图像和视频监控这个领域探索可行的商业和民用价值。　　Skybox布置的24个小型卫星，小就像一个小型冰箱一样（1500px×1500px×2250px），重量不过120kg，成本也很低，只花了1500万美元。从前年开始不停发射的Skybox的小卫星，可为未来提供Google地球版的高清直播。同时Google也在推出Skyboxforgood为非营利组织提供即时的空照图像，相比曝光率更高的ElonMusk的SpaceX，更偏商业和民用的Skybox或许才是规模化应用的典范。Skybox的EarthObservation2.0，将能从监控粮食作物的健康状况到输油管道的安全性，通过了解这些分布在全球的具体事件，利用相应的数据分析技术，改变人们与世界相通的现状。Skybox正在做的将完全能够重新定义商业卫星的价值和市场，通过降低系统成本，提供海量的视频数据，促进日常生活的变革。　　我国已利用“实践”、“风云”和“资源”卫星广泛地开展了气象预报、国土普查、作物估产、森林调查、地质找矿、海洋预报、环境保护、灾害监测、城市规划和地图测绘等遥感业务。在未来的10年，高分辨率、高光谱和三维遥感，遥感技术发展和应用的深度、广度，特别是技术创新和产业化方面有着巨大的发展空间。　　遥感卫星将与航天、航空与地面台站形成多级平台的互联网络系统，实现海量数据的全数字流程，图像图形的宽带网络传输。展望21世纪的卫星遥感应用，在依托空间技术和地球科学的同时，将更多地依托信息科学，并积极开拓与生命科学和生物技术的联系，形成天地一体化的快速信息流，满足社会高速信息公路的需求。　　4.卫星技术二次应用　　狭义的卫星应用产业主要是指卫星服务业，广义的卫星应用则包括卫星产业的4大领域及其延伸的管理、技术，产品等的二次应用。卫星技术的二次应用，是卫星应用产业链的重要组成部分，1969年美国阿波罗登月计划的投入与产出比例是1：14，此外，阿波罗计划带动了500多项高科技专利技术的发明，并衍生出3000多种技术成果，这些技术最后多数都用于民用和国防军工，为美国80年代经济腾飞打下了坚实的基础。粗略估计，由我国的卫星应用技术所折射出的产业链，已经达到千亿元的规模。　　卫星技术二次应用已服务于新能源、新材料等国民经济五大领域，大到航天发射特种技术、低温及加注技术等进入汽车电子类、新能源设备等领域；小到防噪音耳塞、航天食品、4D电影院里特效座椅的动力系统，太阳能领域采用“绝热舱”技术及复合材料的聚氨酯保温层，大大提高了热水器的保温时效；镀膜技术在三靶镀膜技术上通过融入微量稀有金属，改善膜层的分子结构，使热水器在冬天也能最大程度地吸收热量。卫星技术二次应用为我们展现了广阔的前景，如把卫星传感器发回地球的数字信息处理成行星或月球的图片的技术。成功用于包括染色体分析、核磁共振成像、慢速扫描电视诊断、低强度X射线成像显示器；超声无损评估和光学光电学系统用于烧伤深度测量；火箭点火技术有效提升了煤化油产业中的生产效率。　　在航天尖端技术和民用技术的相关科技成果转化中，目前我国卫星技术二次应用仅处于产业化初期，远远谈不上商业化，我国航天技术规模化、产业化、民用化之路可谓任重道远，可开发的空间很大。对卫星应用技术的二次开发不能仅停留在资本运作层面，在体制和产业应用上需要“双轨”并行，既要有政府和国有军工企业的支持，也需要活跃的民间资本、民营企业的参与，把航天技术运用到民用，可以促进民用技术的发展，也将促进整个国家工业体系的发展。　　二、卫星星座是促进产业发展的引擎　　从单一卫星向星座组网发展是卫星布局最重要的变化，通过卫星量变过程，实现了星座功能的质变，由此构建成不同的航天基础设施。按距离地面的高度，太空中的卫星分为低轨、中轨、高轨三种高度。其中，绝大多数静止轨道位置被通信、广播卫星占据；导航卫星星座主要使用2万多千米的非静止轨道；遥感卫星、铱星通信星座主要分布在距地面数百千米的低轨道，O3b星座距地面高度约为8000km的中高轨道。　　导航卫星星座率先进入规模化应用，中低轨道空间已不再那么空旷。继铱星二代、全球星二代、轨道二代星座之后，Skybox、O3b相继亮相中低轨道，星座卫星价格的下降、整体能力的跨代提升，将重新定义商业通信卫星、影像卫星的市场，一个卫星应用的崭新时代已经开启！　　1.导航星座　　作为航天基础设施的导航星座如美国的GPS、俄罗斯的GLONASS（格洛纳斯）、中国的北斗、欧盟的GALILEO（伽利略）。这些空间基础设施的建立，为卫星导航应用产业产生了巨大的政治、军事、经济效益。　　现在应用最为广泛的GPS系统，最初是为军事服务，之后扩展到海洋、航空、航天、测绘、地质勘探等行业。目前，在大众消费领域，卫星导航主要用在汽车和手机上。据GSA预测，到2020年我国手机导航的渗透率将由2010年的7%上升到82%，2020年汽车导航近1800亿的市场规模，同时通过手机导航芯片及电子地图直接拓展到大众消费领域。　　北斗导航产业链分布着中国卫星等十余家涉及卫星研制、卫星导航定位产品、基于位置的信息系统应用和运营服务、高精度测量、车载导航、导航电子地图、地理信息系统基础平台软件、应用平台软件等导航概念的上市公司，获得了资本市场的高度认同。　　2.通信星座　　低轨通信星座是目前惟一能实现全球覆盖能力的通信星座，其典型代表是铱系统。“铱星系统”它的目标是建立一个把地球包起来的“卫星圈”。实现全球覆盖。这是世界上第一个具有星上交换能力的空间通信基础设施。铱系统由每颗重680kg的铱星组成，设计寿命为5～8年。　　1999年11月1日，铱星系统正式向全世界范围提供商业服务，铱星传输的信息种类已超越了处理语音通话的初衷，数据传输的信息类型呈现多样化。如IridiumGo!的装置，可以把铱星的卫星信号，转变成Wi-Fi热点。手机可在没有网络信号的野外通过铱星与外界联络。在任何一个允许使用铱星系统的国家和地区（目前已签订铱星漫游协议的有160多个）的任何地方，就可使用铱星手机通信，铱星系统被美国的《大众科学》列为年度百项最佳科技成果之一。　　铱星二代移动通信卫星将于2015年开始陆续发射。卫星星座包括66颗作业卫星，外加6颗在轨备份星，以及9颗地面备份星。铱星二代星座计划于2017年完全替代目前网络，首要目标应该是降低数据传输成本铱星二代卫星上搭载的81台载荷，用于接收上述商用飞机发出的“ADS-B”定位信号。这些信号来自于飞越全球大洋、极地以及目前无监测覆盖的偏远地区的飞机。把便宜的数字发射机放到世界各地的任何目标上,并对其进行监测,比如说管道、电网以及北极熊和出租的车辆等,但凡想得到的都能做到。铱星公司还计划将卫星上的空间出售,让客户放置新型成像设备,比如测量大气化学成分和气候变化的科学设备,或者协助谷歌公司每隔数秒刷新地图的照相机等。　　据铱星公司公布的相关对比数据显示，在轨运行卫星1997年为66颗，2014年为66颗;数据传输速率1997年为128kbit/s，2014年为10000kbit/s；卫星重量1997年为680kg，2014年为454kg：建造成本1997年为50亿美元，2014年为27亿美元：每分钟通话费1997年为5美元，2014年为25美分。据铱星公司公布的相关对比数据显示地表的84%尚未被蜂窝通信网络所覆盖，下一代铱星系统的卫星重量会更轻，造价会降低一半，而且传输速率将有100倍的飞跃。　　中高轨道卫星O3b目标是帮助非洲、亚洲和南美地区上网困难和上网昂贵的30亿人通过卫星光纤接入互联网。O3b前4颗卫星计划发射到中地球轨道（MEO），距地面约8000km，覆盖从卢旺达到太平洋小岛屿地面网络覆盖最差的国家。这些卫星不在地球的同步轨道，当一颗卫星沉入地平线以下，另一颗会取代它。它们都在赤道附近绕行，虽然不能覆盖地球的低纬度和高纬度地区，但能覆盖70%的人口居住地。　　O3b并未计划直接向消费者销售带宽，它想成为骨干网供应商，为手机信号发射塔提供回程，为远程ISP提供IP中继。尽管卫星互联网并非新型技术，但是传统上的卫星接入往往时延较高，影响到了实用性。这是因为普通的卫星互联网数据服务采用的卫星一般位于地球同步轨道，与地球的距离有35400km之遥，而O3b部署的位置距地面却只有8000km，所以时延要比前者短很多，在性能上已经可以与光纤网络相比，从而为卫星高速互联网接入提供了可能性。投入运营的O3b高速互联网接入现在可以提供600Mbit/s的中继带宽，而时延则少于150ms。　　3.影像星座　　2013年11月，Skybox公司发射了第一颗卫星SkySat-1，从800km的高空拍摄分辨率小于1m的地面图像。这颗卫星运行在地球的太阳同步轨道上，其最大的技术创新是放弃了传统的扫描技术，采用了便于快速更新的“互补金属氧化物半导体（CMOS）”视频成像传感器，其全色图像分辨率为0.9m。2014年7月8日，发射了SkySat-2卫星。Skybox公司计划在今后要发射由15～24颗卫星组成的星座。2013年12月11日，Skybox公司发布了由SkySat-1卫星拍摄的首幅对地观测图像。2013年12月27日，发布了由SkySat-1卫星拍摄的首幅对地观测视频。2014年7月10日，也就是SkySat-2卫星发射后第二天，就公布了由这颗卫星拍摄的首幅对地观测图像。在2014年2月，Skybox公司又与美国Loral空间系统公司签订合同，将为后者提供13颗重120kg的对地观测卫星。　　SkySat卫星向地球传送图片和数据，这些使用卫星图片的数据，可以提供非常详细的消费者信息数据，而且数据的形式更是包罗万象，从庄稼地信息，到消费者行为信息。开创了一种全新的大数据形式，掌控着几乎还未开发的数据库，这些数据有可能揭开许多公司和政府努力保护的一些秘密。大数据公司已经可借助过滤交易记录等互联网数据，洞察消费者行为，了解世界各国的经济状况。今年8月，谷歌收购了实时卫星图像公司Skybox。该家公司宣布向那些“拯救生命、保护环境、改善教育、给人类带来积极影响”的项目提供实时卫星图像的访问权限，把这项服务免费提供给一些非营利组织。　　SkySat-1拍摄的高分辨率图像将走近社会生活。如通过卫星跟踪停车场中的汽车类型，进而预测未来汽车的零售趋势；拍摄地面矿井状况的高空图像可反映出矿场的产出能力；保险公司可借助物产损毁的图片来判断索赔要求是否属实，行为变化如运输货物、在大商场中购物、砍伐树木、在夜间关灯等等同样在卫星图像中得到记录。通过卫星拍摄沙特的石油储量。如果将这些卫星数据与谷歌的知识图谱(KnowledgeGraph)整合，无疑可以提升谷歌的智能化搜索能力，而谷歌对世界各种事物的知识储备也将大幅提升。　　在20多年前，美国就出现了提供商用高分辨率地球影像产品和服务的公司，例如DigitalGlobe。但这些公司研制的卫星如“快鸟（Quickbird）”，其重量达到1018kg，造价达到几亿美元，因此提供的图像也比较昂贵，从而难于快速更新图像。　　互联网为Skybox提供了巨大的应用空间。谷歌计划利用Skybox的卫星更新谷歌地图。在未来，谷歌可能利用这些卫星将互联网推广到偏远地区，扩大谷歌现有服务的覆盖范围。　　三、促进卫星应用产业发展的组合要素　　卫星应用产业的规模应用正处在由高技术向互联网产业渗透阶段，在由小众向大众、专网向公网过渡过程中。更需要更新观念、政策引导、标准统一、市场充分、资本活跃、技术领先，共同促进卫星应用产业的发展。　　1.卫星星座是引领经济发展的重要引擎　　通信、导航、遥感三大星座是国家航天空间基础设施的基本组成部分，早已引起国际社会的广泛关注。星座已成为卫星应用产业国际竞争的最重要领域，我国北斗导航星座的产业化说明，星座不仅是高科技的代表同时也是战略性新兴产业链的重要引擎。　　低轨星座系统为世界卫星领域最高科技成就。在我国，以军民融合方式建设星座系统，对打造我国卫星应用战略性新兴产业链至关重要，也必将对我国信息安全、经济发展产生重大作用。在星座发展方式上，美国GPS系统由军方主导，转变为军民共用；通信星座铱系统由公司主导，市场融资，军方、政府作为特殊用户共用；影像星座Skybox由大学发起，谷歌收购，直接用于商业市场，这些模式可为我们提供有益的借鉴。　　轨道与频率是不可再生的空间资源，是通信星座建设的必要条件。上世纪九十年代起，相关部门已启动与通信星座相关的专题，并突破了星座设计、星载多波束天线、星上交换等关键技术，但由于多种原因，没有启动系统建设。与此同时，国外低轨道通信星座已进入二代建设，不仅全面提升了业务能力，同时降低了系统造价及运营成本，为用户带来了更好体验。困扰通信星座发展的频率资源变得日益紧迫，历史还会给我们多长的时间窗口？　　近年来，协会已多次组织论证，已对发展我国星座系统形成共识。下一步将向主管部委及国务院提交报告，建议将发展我国低轨道通信星座系统列入国家重大专项。　　2.标准化　　技术标准是生产规模化的必要工具。产业规模的扩大将使技术标准成为社会生产力提高的主要推动因素，建立相对完备的技术标准体系，是促进我国卫星应用产业的需要。技术标准不仅为互连互通、数据共享提供便利，也为市场产品竞争创造必要条件。同时技术标准作为国际贸易中市场壁垒的攻防手段，其作用在国际贸易竞争中日益突出。　　3.发挥资本市场的作用　　在卫星应用产业应充分发挥资本市场对资源配置作用。Skybox诞生于2009年的斯坦福大学，至谷歌收购前，已获得总共9100万美元的三轮融资；铱星座同样是利用资本市场完成了最终的系统建设。民营资本的进入不仅可提供项目建设资金，同时也会促进卫星应用这一战略性行业的技术、运营、应用模式的创新。　　4.开放应用市场　　应用市场属性对产业有重大影响。卫星应用的相关市场是严格的行政许可市场、垄断市场还是市场化的消费品市场，必须有合理准确的定位。　　在卫星相关产品、服务应用上应鼓励竞争，运用新技术提升管理水平，充分发挥广播电视直播卫星的传播优势，开放终端应用市场，切实使市场在资源配置中起决定性作用。　　5.促进新技术运用　　在卫星中应用产业特别是空间基础设施前期投入占比较大，通过采用新技术，增加商用工业级器件比例以降低卫星成本是现代星座批量生产卫星的新趋势。以具备竞争力的价格不断地提供更好的用户体验是产业可持续发展的必要条件。

账号		自动登录	找回密码
密码			立即注册