衛星產業的創新案例與現實啟示

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衛星產業的創新案例與現實啟示

Innovation and Inspiration of Satellite Industry

沈永言（中國衛通集團有限公司）

1　引言

衛星產業由衛星制造、衛星發射、衛星服務和地面終端設備制造四個部分組成，有通信、導航和遙感三大應用領域。2014年，全球衛星產業總產值達2032億美元。其中，四大部分分別占8%、3%、61% 和28%。2004-2013年，全球衛星產業平均年增長率達11%，遠高于全球經濟的增長速度。在互聯網思維、放松管制等因素的影響下，衛星產業的新技術、新應用和新模式層出不窮，掀起了一場新的產業革命。這充分顯示了衛星產業的高科技特點，以及全球化、空間化、信息化環境下人類經濟和社會活動對衛星產業的日益依賴性。

近年來，在政府相關科技和產業政策的指導和扶持下，我國衛星產業發展取得了長足的進步。商用在軌通信衛星數量從數年前的幾顆迅速增長到十數顆，S頻段移動衛星通信系統和Ka頻段寬帶衛星通信系統已在建設之中，衛星直播電視“戶戶通”用戶快速增長到2300萬，機載寬帶衛星通信成為新的應用熱點；“北斗”導航進入各個應用領域，自2012年開始向亞太地區提供商業服務。2014年，繼美國“全球定位系統”（GPS）、俄羅斯“全球導航衛星系統”（GLONASS）之后，“北斗”成為第三個獲得國際海事組織認可的衛星導航系統；2013年底，高分-1遙感衛星正式投入使用，各類示范應用得到展開；2014年8月，高分-2遙感衛星發射成功，空間分辨率優于1m，這標志著我國遙感衛星進入亞米級“高分時代”；一些民營企業開始涉足衛星制造和應用領域，為我國衛星產業注入了新的活力。然而，與美國等西方發達國家相比，我國衛星產業的應用水平和經濟規模仍然有限。例如，美國在全球衛星產業總產值中占44%，在衛星服務業中占41%，率先創造了各種衛星新技術、新應用和新模式。相比之下，2013年，我國衛星應用產值約為1160億元人民幣。其中，90%來自衛星導航，而衛星導航中的90%又被GPS所占據。可見，我國衛星產業的發展機制和模式還有待創新。

創新是信息和知識經濟時代推動科技進步和產業發展的強大動力。如果說學習是創新的主要源泉，那么案例研究則是學習的基本路徑。他山之石，可以攻玉。研究國際衛星產業中的技術方向、應用和管理模式，借鑒發達國家的成功經驗，必將為我國衛星產業發展提供有益的現實啟示。

2　創新案例

電推進衛星

一直以來，衛星軌道轉移和位置保持都是依靠化學推進系統，而化學推進系統質量約占衛星總質量的40%。對于衛星運營商來講，這意味著較大的衛星發射成本、較小的衛星有效載荷，以及較低的衛星性價比。電推進概念百年前就被科學家們所提出，其基本思路是將外部電能轉化為推進劑噴射動能。電推進主要有電熱型、靜電型、電磁型三類。其中，靜電型中的離子和霍爾電推進技術最為成熟，應用最為廣泛。與化學推進相比，電推進的比沖性能要高1個數量級，其主要優點是可以降低衛星發射質量、增加衛星有效載荷、延長衛星工作壽命、提高衛星性價比和衛星運營商的市場競爭力。

電推進最初主要用于航天器和衛星的軌道保持。2 0 1 2年，美國波音公司率先推出全電推進衛星平臺—B S S - 7 0 2 S P，它能滿足低中功率（3～8kW）范圍衛星供電需要，具有很高的性價比，一經推出就贏得了亞洲廣播衛星公司（ABS）和墨西哥衛星公司（SATMEX）的4顆衛星訂單。2015年3月，這4顆衛星中的前2顆衛星成功發射，在業界引起很大反響，從此衛星通信進入全電推進時代。

亞洲廣播衛星-3A（全球首批發射的全電推進商業通信衛星之一）

低成本火箭

火箭發射成本對于宇航和衛星應用影響極大。為提高航天運載系統的可靠性和成本效率，美國太空探索技術公司（Space X）以美國政府急需的低軌道航天運輸需求為切入點，堅持“簡單、低成本、高可靠”的經營理念，打破傳統的研制思路，將信息技術、先進金融和項目管理、成熟可靠的航天技術、綜合性的工程化方法等要素融為一體，在研發、生產、運營、發射各個環節進行成本最小化的創新改進，創造出新的火箭制造和發射服務模式，以明顯的價格優勢和高可靠的火箭產品和服務，成功地進入相對封閉的航天制造業，獲得了近50份合同，累計金額數十億美元。2013年12月4日，太空探索技術公司的獵鷹-9火箭成功將SES-8商業通信衛星送入預定軌道，這是該公司首次成功發射商業衛星。

美國太空探索技術公司的獵鷹-9運載火箭

除了大幅度降低運載火箭的研制和發射成本，太空探索技術公司還在持續進行火箭回收試驗，因為回收第一級火箭能夠降低發射成本80%，回收第一、二級火箭能夠降低發射成本99%。截至2015年9月30日，太空探索技術公司的獵鷹-9一級火箭回收試驗進行了5次，雖然尚未成功，但它預示著一種新的衛星產業發展方向，將深刻地改變世界航天和衛星應用的產業生態。

視頻衛星

視頻衛星是一種新型遙感衛星，其最大特點是能夠對某一地區進行“凝視”觀測，以“視頻錄像”方式獲得更多的動態信息，它特別適合觀測動態目標，分析瞬間特征。

美國硅谷的天空盒子成像公司（S k y b o x Imaging）正在發展由24顆微小衛星組成的“天空衛星”（SkySat）星座。該星座每顆衛星可以每次拍攝90s的高清視頻，具有低成本（單顆衛星5000萬美元）、高空間分辨率（1m）和高時間分辨率（3h）等特點。

天空盒子成像公司將時序圖像、視頻圖像、大數據結合在一起，提供基于互聯網和云技術的商用數據分發服務，其應用領域包括礦山、工廠、港口、商業、保險、政府等，用戶可以使用自己的算法、開發自己的應用。

借助互聯網服務模式，天空盒子成像公司將衛星遙感應用水平推向一個新的高度，挖掘出了新的商業價值。2014年，谷歌公司（Google）以5億美元收購了天空盒子成像公司，以拓展其衛星照片和視頻服務能力。

即插即用衛星

衛星研制是一項耗資大、耗時長的系統工程，人力成本在其中約占85%。采用即插即用技術來縮短衛星研制時間是一個有效的解決之道，它可以降低研制成本、提高市場響應速度，其經濟效益和商業意義巨大。

即插即用衛星是美國“作戰響應空間”（ORS）計劃下提出的航天器設計、研制概念，主要用于縮短航天器研制周期、降低航天器研制成本。經過數年的研究，美國軍方已經取得顯著的進展，找到了實現航天器即插即用的解決方案，完成了演示驗證衛星的研制。

即插即用技術通過采用開放式標準以及機械、電和軟件標準接口，來降低研制成本、縮短研制周期。即插即用技術能夠自動識別接入組件，并進行動態監測和配置，大大簡化衛星組件的組裝、集成和測試工作，其目標是6天內研制出一顆衛星。即插即用技術與計算機和信息系統中的組件、模塊理念一脈相承，將對航天器和衛星制造業產生革命性的影響。

靈活衛星

傳統通信衛星一旦入軌，其技術狀態基本就被固定，難以針對市場變化作出動態的調整，這難以適應以客戶價值為中心、以市場需求為導向的時代要求。對此，近年來，國外興起了針對通信衛星靈活性的研究，主要以歐洲為代表。

所謂靈活衛星，主要是指在衛星在軌服役期間，可以動態調整星上資源，以應對市場需求或企業商業模式的變化。靈活衛星有7種形態，即軌道靈活性、覆蓋靈活性、頻率規劃靈活性、發射功率靈活性、路由靈活性、波形及媒體接入控制層靈活性和交換層靈活性。靈活衛星涉及數字波形成形技術、靈活行波管放大器和多端口放大器、數字半透明載荷、再生載荷等。

靈活衛星與電信網中的智能網、軟交換、軟件無線電等概念一脈相承。目前，靈活衛星尚處于起步階段，但它代表衛星通信服務的一個發展方向。

Ka頻段寬帶衛星

寬帶是信息網絡的發展趨勢，帶寬是通信系統市場競爭力的決定性因素。對于衛星通信系統而言，擴展帶寬的有效途徑主要是兩個：一是開發新的頻段；二是提高頻率的使用效率。Ka頻段寬帶衛星通信兼而有之。

與C、Ku頻段相比，Ka頻段的頻率資源更為豐富，與多點波束、頻率復用技術結合后，衛星通信系統容量得以百倍提升。目前，全球主流固定衛星運營商都投資于以Ka頻段為代表的高通量衛星（HTS）或載荷。北美的HNS公司和衛訊公司（VIASAT）已分別發展了100萬和60萬以上的寬帶用戶，并且都將于2016年發射各自更為先進的高通量衛星。

Ka頻段寬帶高通量衛星的出現為衛星通信注入了巨大的活力。顯而易見，Ka頻段寬帶衛星通信技術是對地面蜂窩移動通信的借鑒。未來，多點波束和頻率復用技術將與C、Ku頻段相結合，成為擴展衛星通信帶寬的重要方式，這已經在國際通信衛星公司（INTELSAT）的EPIC平臺中得到充分體現。

美國天空盒子成像公司“天空衛星”星座示意圖

美國空軍作戰響應空間-1衛星

3　現實啟示

美國衛星產業一馬當先來自多種因素的共同驅動

以上衛星產業中的創新案例絕大多數都是發生在美國，這充分解釋了為何美國在全球衛星產業中一馬當先。這些創新案例形式上都是技術創新，實際包含技術、管理、商業模式、政策和制度多個方面。即便是即插即用衛星、靈活衛星、Ka頻段寬帶衛星，其中也融合了許多商業技術，如網絡、微機電、微電子、納米材料等先進理念和研究成果，這顯示出當今衛星技術與地面商業技術的交叉融合特征。

對于太空探索技術公司低成本火箭和天空盒子成像公司的視頻衛星來講，其創新更多表現為集成、管理和制度創新。例如，太空探索技術公司的技術研發注重最新信息技術和航天成熟基礎技術的集成和優化，產品服務方面始終將用戶需求和體驗置于首位，引用成熟有效的財務和預算管理制度，將面向對象和面向過程的工程化方法融為一體。天空盒子成像公司將微小衛星技術與互聯網、云服務有機結合在一起，使基于低成本、高時間和空間分辨率、視頻化的商業地球圖像應用成為現實，掀起了一場類似于GPS的產業浪潮。

太空探索技術公司的低成本運載技術和天空盒子成像公司的微小衛星技術共同引發的航天和衛星領域的“軌道革命”，其背后更有美國政府政策支持和制度創新的作用。例如，太空探索技術公司從美國航空航天局（NASA）獲得了“阿波羅”計劃中的火箭發動機等關鍵技術，由此節省了大量的研制時間和成本。NASA還允許太空探索技術公司使用測試臺架，為其解決測試難題。2008年2月，太空探索技術公司從NASA贏得了高達16億美元的“商業補給服務”（CRS）合同，利用“龍”飛船分12次為“國際空間站”運輸貨物補給，根據情況可最多增加到31億美元。這些政府采購合同為太空探索技術公司之類的私營航天企業的成長提供了重要幫助。同樣，天空盒子成像公司的出現也是美國政府放松對高分辨率遙感衛星圖像的管制、鼓勵商業應用的結果。這與20世紀90年代美國政府放松電信業管制、引發信息產業革命浪潮情況大同小異。

總的來講，美國衛星產業的發展成就和優勢地位是企業技術創新、管理創新，以及美國政府放松管制、推動商業應用、促進軍民融合、鼓勵企業創新、限制行業壟斷、保護知識產權和扶持私人企業發展等因素共同作用的結果。

中國高分-2衛星在軌飛行示意圖

我國衛星產業后來居上需要多管齊下

美國等發達國家衛星產業的創新實踐表明，衛星產業要實現規模化發展、取得行業領先地位，需要企業和政府從技術、管理、商業模式、互聯網思維、機制體制、產業政策和經濟制度等多個方面共同推動。

技術創新是高科技產業的生命線，衛星通信中的信道編碼和頻率復用等技術曾經展現了巨大的商業價值。技術創新需要以市場需求為導向、以客戶價值為核心，其基本方式是模仿、合作和自主研發，其范圍涵蓋產品、工藝、生產等各個方面，其目標是掌握核心技術。只有擁有核心技術，企業才能在產業鏈中掌握話語權，在市場競爭中贏得優勢地位。

技術只是企業生產力的一個要素，技術創新活動的開展，技術成果向產品的轉化需要管理活動的支持，需要通過商業模式這一框架，與生產、營銷、人力、財務等活動進行系統匹配，以形成系統化、特色化的價值創造系統。商業模式創新需要堅持價值性、系統性、獨特性、務實性原則。

商業模式概念的出現源自于基于互聯網的電子商務。互聯網改變了交易場所，拓展了交易時間，豐富了交易品類，加快了交易速度，減少了中間環節，其滲透性、顛覆性、價值性引起了人們對于商業模式創新的廣泛重視。

商業模式與互聯網的內在聯系要求企業和商業創新必須堅持互聯網思維等現代企業經營理念。互聯網思維主要表現為開放化、體驗化、扁平化、簡約化、社會化、平臺化和網絡化。只有互聯網思維支持下的商業模式才具有新穎性、獨特性和價值性。

企業經營理念和企業家精神的產生和維持需要企業制度和運行機制的保障，如股權激勵、產權和知識產權保護、企業治理等。實際上，技術、管理、商業模式、經營理念等創新都是企業制度和運行機制的產物。只要制度和機制到位，企業、企業家的創新能力就能得到充分的釋放。與國有企業相比，激勵與約束高度統一的民營企業在技術創新、市場響應、運營績效等方面有明顯的優勢，這早已被美國等發達國家高科技產業的發展成果，以及我國改革開放30多年來的成功實踐所證實。

企業制度和運行機制既是企業自身選擇的結果，也是國家經濟政策和制度的重要組成部分。就我國衛星產業規模化發展這個目標來講，關鍵在于加快軍工科研院所改革，發展混合所有制企業，加強科研院所與企業之間的協同創新，促進軍民融合和資源轉化，完善企業法人治理結構，優化軍民科研任務管理方式，建立高效的行業組織管理機構，簡化民企參與軍品科研生產審批程序，加強信息資源共享和知識產權保護，完善軍民用技術標準和產品規范，完善投融資政策，降低市場門檻，放松行業管制，鼓勵民營企業參與技術研發和產品服務，改變目前存在的軍民分割、行業分割、自我封閉、科研重復、資源浪費等局面。

4　結語

改革開放為我國衛星產業發展提供了寬松的市場環境，戰略性新興產業規劃和“一帶一路”戰略的實施為我國衛星產業提供了難得的發展機遇。“十八大”以來，政府實施的簡政放權以及對民營企業的扶持政策為我國衛星產業釋放新的活力。企業技術、管理、商業模式、經營理念、體制機制以及國家產業政策方面的同步創新，必將為我國衛星產業發展提供新的動力。

具體來講，我國衛星導航市場已經高度開放，“北斗”系統的產業化需要加強終端芯片和零部件開發，擴大應用范圍，保護知識產權，實行兼容替代來逐步占領市場。衛星遙感要完善衛星遙感政策和法規，加強遙感設施資源和數據共享，在保證國家安全的前提下，加大高分辨率數據的商業應用，支持民企參與商業衛星遙感領域的投資和運營服務，擴大對民營企業的數據采購，鼓勵民企參與國際競爭。Ka頻段寬帶衛星通信要加強國家頂層統一規劃和協調，開放電視直播市場，發展付費收視，推動區域性直播等商業應用，盡可能在“寬帶中國”計劃中應用自主的Ka頻段寬帶衛星通信系統。

市場是經濟資源配置的主要方式，企業是市場的主體，企業家是企業的靈魂和產業發展的發動機。時代呼喚中國版的創新企業—太空探索技術公司，以及創業英雄—馬斯克。我國電子信息產業中的中興、華為、聯想公司，以及互聯網產業的BAT（百度、阿里巴巴和騰訊）的崛起，向人們昭示了我國衛星產業的發展方式和美好前景，其前提條件是學習、創新。