商業化微小衛星產業發展趨勢及思考

周英慶羅超倪濤葉沙琳（上海航天技術研究院 上海衛星工程研究所微納衛星系統工程中心）

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商業化微小衛星產業發展趨勢及思考

周英慶2羅超1倪濤2葉沙琳2（1上海航天技術研究院 2 上海衛星工程研究所微納衛星系統工程中心）

隨著新型小衛星技術的成熟，從空間軌道獲取新數據的前景吸引越來越多的公司投身微小衛星領域，巨大的市場潛力和利潤增長空間也招攬了巨額的投資，使微小衛星產業正呈現一種前所未有的繁榮景象。互聯網思維、大數據的引入，使該領域形成了一種全新的商業形態，激發了一場衛星應用和運營模式的革命，加速了微小衛星產業的發展和市場的活躍度。但由于供應鏈、產業鏈正處在不斷發展和完善中，因而還存在很多的可能性和不確定性。

1　微小衛星產業蓬勃發展，市場前景廣闊

近年來，微小衛星這一新興產業日趨壯大，不計其數的公司進入該領域，并策劃建立大大小小的微小衛星星座項目，其中，頗具代表性的有：

2009年，谷歌公司（Google）提出“O3b Networks”，即為非洲以及其他發展中國家的30億人口提供高速上網服務。O3b星座每次發射4顆衛星，目前已完成第三次發射，完成12顆衛星在軌部署，該星座最終將含120顆衛星。其軌道高度為8000km、軌道傾角0°，可以對中低緯地區實現無縫覆蓋。

2014年1月起，行星實驗室公司（Planet Labs）的“鴿群”（Flock）星座項目通過多次的發射和在軌釋放，目前已有90余顆3U立方體衛星在軌服務。該星座可以每24h對全球進行一次成像。

2014年2月，媒體發展投資基金（Med i a Development Investment Fund）提出外聯網（OUTNET）項目，通過構建幾百顆1U立方體衛星星座，建立全球免費網絡。

2014年3月，美國天空盒子成像公司（SkyboxImaging）計劃建立由24顆120kg的“天空衛星”（SkySat）星座，分處4個不同極軌軌道，提供高分辨率圖像和全天侯視頻圖像，用于商業銷售。

測試中的美國“天空衛星”

2014年7月14日，美國太空探索技術公司（SpaceX）的獵鷹-9（Falcon-9）火箭成功發射6顆“第二代軌道通信”（Orbcomm-G2，165kg）衛星，2015年12月完成后續11顆衛星的發射。該輪任務完成后，“軌道通信”策劃后續還將有30顆衛星的增量。

2015年1月，伊隆·馬斯克（Elon Musk）提出4000顆衛星的星座計劃，旨在構建全球高速互聯網，覆蓋地球任何一個最偏遠的角落。美國太空探索技術公司已向美國聯邦通信委員會（FCC）提交了該計劃的正式申請。

2015年6月，一網公司（OneWeb）宣稱將與多家公司合資構建由900顆衛星組成的互聯網衛星星座，預計于2018年發射。

2015年8月，三星公司（SAMSUNG）提出“空中互聯網”計劃，欲發射4600顆低地球軌道微型衛星，打造全球性廉價空中網絡，每月可在空間傳輸1澤字節（1Zetabyte）。

微小衛星發射數量統計

微小衛星發射數量預測

隨著數量巨大的微小衛星項目出臺和實施，在過去5年里，微小衛星領域行業整體增長6倍多，目前業內已有800多家公司。該領域的交易活動連續3年直線增加，2015年的交易數量和投資數額都達到近4年的新高。全球正掀起一場采用新型小衛星探索空間的投資和應用狂潮。

據美國SpaceWorks商業咨詢公司發布的《全球1～50kg小衛星市場需求評估報告》顯示，自2009年起，1～50kg微小衛星發射數量呈現逐年增長的趨勢，尤其在2012-2013年間凈增長了60顆，增幅達231%；而在2013年發射92顆的高基數下，2014年仍增長了66顆，增幅達72%。同時，SpaceWorks商業咨詢公司通過對已公布的和策劃實施的微小衛星發射計劃進行統計，預測在2015-2020年間將會有1860～2610顆微小衛星的增量。

在微小衛星的應用方面，SpaceWorks商業咨詢公司也做出了統計。可以看出，微小衛星因其靈活、高效的特點，使其應用領域十分廣闊，能夠承擔對地觀測/遙感、通信、技術試驗、科學研究等多類型的任務。在微小衛星發展之初，主要應用于技術試驗和科學探測方面，分別占整個應用領域的55%和21%。隨著技術水平不斷發展成熟，微小衛星的應用領域從技術驗證為主向業務應用為主快速發展。其中，技術試驗方面的應用由55%降為20%，而對地觀測/遙感領域的應用由12%增長為52%。未來將以對地觀測/遙感衛星為發展重點，科學、通信也是重要應用方向。

北方天空研究所（NSR）的研究報告也給出了類似的結論：微小衛星應用于對地觀測領域的份額將會進一步增大，衛星對地觀測市場在2024年的營業額將達到45億美元，比2014年營業額的23億美元增長將近1倍，而其中很大一部分增長都要歸功于微小衛星。尤其隨著亞米級甚至0.50m以下高空間分辨率圖像的出現，微小衛星星座使得對地觀測圖像數據質量達到了一個前所未有的高度。同時，它的高回訪頻率使得連續性高速數據獲得成為可能。而大數據分析等技術的運用，將讓中分辨率和高分辨率圖像數據的價格下降，這些都使得對地觀測市場急劇擴張，并在新市場和垂直細分領域中創造更多的利潤。例如，出于國防和情報需求，對農業、災害、林業和野生動物以及金融服務等垂直領域市場來說，微小衛星解決了“數據缺乏”這一困局。據北方天空研究所預測，到2024年底，將要發射的納衛星和微小衛星中40%將用于對地觀測。

微小衛星應用統計（數據源：SpaceWorks商業咨詢公司）

2　微小衛星產業運營體現互聯網創新模式

商用微小衛星入軌開啟了衛星大數據時代，隨著互聯網時代的發展，未來全球衛星應用將會與全球導航、移動互聯網、物聯網、智慧城市建設、信息化戰爭深度融合，衛星應用更加貼近大眾生活，并形成一種全新的商業模式。與傳統衛星不同，微小衛星運營模式具備以下4個特征。

（1）以數據應用為主，互聯網思維特征明顯

現在的衛星市場，真正讓投資者看重的是必將與一系列軌道技術融合的大數據、互聯網和全球市場情報，是數據、軟件和服務，而不是基礎設施或衛星本身。

以美國天空盒子成像公司和數字地球公司（DigitalGlobe）為代表，這些公司以出售商用高分辨率圖像產品和服務作為獲取利潤的主要來源。通過研發高分辨率成像衛星，同時提供衛星數據查詢平臺，將互聯網與高分辨率衛星群結合在一起，打造出一個獨特的數據來源。這些數據可支持在國防和情報、民間機構、地圖制作和分析、環境監測、油氣勘探、基礎設施管理、互聯網門戶網以及導航技術領域的廣泛應用。天空盒子成像公司成功將微小衛星遙感技術與云服務、大數據、定制服務等創新運營模式有機結合，大大降低了用戶的使用門檻，重新定義了商業衛星的價值和市場。隨著政策的開放，數字地球公司在2015 年2月正式公開銷售分辨率為0.3m的衛星圖像數據，這些圖像與航空遙感圖像相比，在數據價格、全球覆蓋性以及數據更新周期方面更具優勢，因而將使數字地球公司獲取更大的全球天基對地觀測市場份額。基于互聯網思維的數據應用服務，不但成為了該公司的標記，同時也為其創造了巨大的利潤。

裝配中的美國“第二代軌道通信”衛星

（2）基于成熟供應鏈和服務外包體系

成熟的產品供應鏈機制和非核心業務部分服務外包，優化了微小衛星企業的資源配置，通過重組價值鏈，降低了成本并增強了企業的核心競爭力，因而越來越成為微小衛星產業的主流模式。

在供應鏈方面，以“空間創新解決方案”（ISIS）和立方體衛星（CubeSat）為代表，微小衛星研制生產基本具備成熟的供應鏈機制，標準化、模塊化的產品體系逐漸形成。例如，立方體衛星商店（CubeSatShop）可提供十二大類共計80套模塊的完整DIY衛星解決方案，可滿足通用化承載與投送系統的承載要求，形成了統一的機械、供電、通信標準，擴展出了完整的立方體衛星產品體系，用戶可根據自身需求定制選購，形成不同質量、不同用途的個性化衛星產品。

在服務外包方面，以美國軌道通信公司（ORBCOMM）和天空盒子成像公司為代表，或按需定制采購，或自己設計并將生產制造和測試部分外包，有效發揮了優勢，節約了資源。例如，“第二代軌道通信”是由內華達山脈公司（SNC）研制。而天空衛星-1和2由天空盒子成像公司設計制造，接下來的13顆“天空衛星”將由勞拉空間系統公司（SS/ L）［已被加拿大麥德聯合公司（MDA）收購］制造；下一代的衛星原型將由天空盒子成像公司設計制造，之后再由勞拉空間系統公司制造后續的衛星。

（3）定位于特定細分市場

未來市場是以消費者為中心的市場經濟，取代以廠商為中心的工業經濟。基于微小衛星不同客戶群的特征，進行市場分析和格局劃分，明確企業的優勢和機會所在，選擇對其發展最有利的市場，是微小衛星企業發展的必然訴求。此處以天空盒子成像公司和美國軌道通信公司為代表舉例。

天空盒子成像公司利用其生產的高分辨率對地觀測衛星，致力于提供地貌詳圖和高清視頻，市場定位為衛星圖像數據客戶。美國軌道通信公司則利用其小衛星移動通信系統，致力于構建天基互聯網，市場定位為衛星通信客戶。在特定的市場定位下，天空盒子成像公司秉承著“讓精確的地理信息變得易于獲取和可用”的理念，針對市場需求進行了進一步的細分，將可提供的圖像劃分為0.31～20m間約11個不同的分辨率等級，用戶可根據需要進行個性化、有針對性的購買。

（4）產業鏈持續分化、洗牌和調整

微小衛星因其自身特點打破了傳統空間領域的技術壁壘、研發周期和資金門檻，并開拓了新的市場，帶動了下游的影響分析、資產跟蹤和連續性高速數據獲取等商業模式的爆發式發展。該行業目前正處于早期發展階段，隨著大量的、新的、未被開發的市場逐漸被打開，一個新的發展關鍵點也隨之出現。在技術上，需要不斷研究如何提高數據的質量、控制使用和集成的難易程度，以滿足來自最終用戶市場的大型、復雜的需求。在運營上，需要在資產性能、服務提供和商業利潤中間取得平衡。而目前大部分微小衛星公司都采用垂直整合的方式，這種方式雖然可以更好地控制產品，但在其系統和目標市場完全確立前，其經營成本均超過營業收入。因此可以預計，在接下來很長的一段時間，該產業的模式都將處在不斷的發展和進化中。為適應行業發展和提高競爭力，置身其中的各個公司相應也要經過不斷的變化和劇烈的重組，這種重組將進一步激發行業潛力，加快發展的進程。此處以西班牙德莫斯公司（Elecnor Deimos）和意大利易吉歐公司（e-GEOS）為代表舉例。

西班牙德莫斯公司成為加拿大厄斯卡斯特公司（UrtheCast）星座任務計劃的戰略執行伙伴，承擔項目中地面站構建、合成孔徑雷達（SAR）載荷集成、任務分析和飛行動力學研究。加拿大厄斯卡斯特公司星座項目意在構建世界第一個多譜段光學和合成孔徑雷達全集成的商業化地球觀測衛星星座。這一戰略聯盟增強了西班牙德莫斯公司在衛星系統集成、地面系統構建和飛行動力學方面的能力，有助于打開空間應用新市場，并提高在獲取美國航空航天局（NASA）和歐洲航天局（ESA）項目中的優勢競爭力。

作為意大利空間通信集團（Telespazio）的子公司，意大利易吉歐公司依靠高精的技術水平和集團內大量公司的市場占有，及各公司在產品供應鏈中的大力協同，極大地提高了公司的競爭優勢，使其處于國際領先水平。

3　商業化微小衛星發展思考及建議

不計其數的星座項目，數以億計的巨額融資，讓微小衛星產業成為了風口浪尖的航天“新寵兒”。迅猛增長的行業態勢凸顯了市場的巨大前景，卻也不能規避其作為新興行業的固有特征。配套產業的發展、行業政策的許可、產業規模的實現，都將成為發展的制約因素，甚至可能是致命的。是否能夠順利突破這些關卡，才是檢驗微小衛星產業未來發展的試金石。因此，對微小衛星產業現狀進行細致剖析，提出三點思考和建議：

突破發射瓶頸，緊跟產業步伐

隨著微小衛星產業的迅猛發展，數量激增，與之匹配的發射問題日益凸顯。受發射場和發射窗口制約，商業發射機會少，協調及等待周期長，存在延期等不確定性。同時，發射價格高，低成本小型運載工具發展不充分，都成為限制微小衛星發展的瓶頸問題。

SpaceWorks商業咨詢公司的統計數據表明，隨著微小衛星的爆發式增長，而每一年的運載火箭發射總數及用于微小衛星的運載數量仍舊保持不變，同時運載的延遲發射導致很多微小衛星不得不延遲發射或尋求別的發射機會。因此，SpaceWorks商業咨詢公司認為，歷史數據證明，現有的運載容量不能有效滿足未來微小衛星的市場需求。

從發射價格來看，目前報價最低廉的太空探索技術公司的獵鷹-9的標準發射費用是5600萬美元，而聯合發射聯盟公司（ULA）的報價為4.35億美元，中國“長征”系列運載火箭的最低發射費用為6000萬美元。以獵鷹-9運載至低地球軌道（LEO）的最大承載能力13150kg計算，平均每千克的發射費用約為4萬美元。這對于1顆上億元的大衛星而言或許可以稱作廉價，可是對于1顆成本僅為幾十萬或上千萬美元的微小衛星而言，發射成本甚至超過了衛星研制本身。

如果發射問題不能解決，微小衛星的產業很有可能面臨令人扼腕的發展窘境。因此，近年來，國外致力于開發各種形式的衛星發射和部署模式，如，通過空間站進行衛星部署，采用戰斗機進行衛星發射，建立商業發射場，降低發射成本等。通過采取一系列的措施，力求突破發射瓶頸，為微小衛星創造更多的入軌和應用機會，保持微小衛星產業的持續增長和升溫。

就國內而言，尚未建成商業化運作發射場，所有發射計劃均由國家統籌，存在著發射機會少、發射審批流程復雜及周期較長、市場和價格體系不規范等問題，無法適應微小衛星快速發射的市場需求。要打破這一窘境，建議從以下三方面著手：一是要創造盡可能多的微小衛星發射機會。通過合理統籌、有效規劃，充分利用運載余量用來提供小衛星搭載。同時，策劃專用發射機會，盡快研制低成本小型運載工具并投入使用。二是規范實現標準化星箭接口，實現衛星與運載的快速匹配，縮短接口協調時間，從而提高發射效率。三是精簡發射申請手續，優化發射審批流程，甚至有必要建立一套專門針對微小衛星的快速響應機制，以適應微小衛星快速發射的特殊需求。

改革測控、運管體制，發展商業模式

隨著微小衛星、衛星星座的發展，測控網將面臨著需測控支持的衛星數目多、多顆衛星同時過境、衛星相繼過境間隔時間縮短等新形勢。傳統單顆衛星的測控任務已不能滿足需求，測控網還應具備對多顆衛星的同時測控支持、多顆衛星及星座在軌運行管理的能力。這意味著不但能提供入軌段和運行期間多顆衛星的同時測控支持，同時能夠對大量衛星的長期在軌運行進行管理。隨著微小衛星的數量逐年猛增，“星多站少”的問題愈發突出。

傳統的地面測控系統是以單用戶為背景，根據各類衛星的不同任務和應用，進行定制化的測控和在軌運行管理。每研制1顆新型衛星，都需要經過一個漫長的定制周期，并花去巨額的費用。這種定制模式在傳統大衛星領域已有效運行多年，但顯然無法適應高效率、低成本的微納衛星發展。由此看來，建立一套商業測控管理體制，對市場化行為進行規范、指導和約束，是適應微小衛星發展的必由之路。

同時，現有地面系統條塊分割，各類衛星各自為戰，資源和信息無法共享，造成了應用效率較低，存在一定程度的浪費。未來微納衛星的發展，必須是基于大數據、網絡化、信息化的時代特征，充分發揮衛星組網、系統運行、全球資源共享的優勢，既可以實現衛星工作效率、工作范圍及信息的時效性的大幅提升，同時也可以避免重復投資，充分發揮航天系統和測控網的利用率和效益。從國內來看，目前尚無明確的法律法規對境外資源的利用進行規范。而國際空間數據系統咨詢委員會（CCSDS）已經提出了一系列標準，以促進衛星運控與數據接收的國際合作。通過采用該標準的數據結構和信息傳輸體制，單個測控站可以滿足多個星座、不同用戶的測控要求，同時適應多用戶、多數據類型的任務，便于實現國際測控資源的交互支持，有利于實現航天測控服務的低成本。

充分發掘微小衛星應用潛能，提升優勢

微小衛星的應用十分廣闊，能夠承擔對地觀測/遙感、通信、技術試驗、科學研究等多類型的任務。但是目前應用的微小衛星主要集中在技術試驗和科學研究方面，雖然正在從技術驗證為主向業務應用為主轉化，但仍然有很大的應用潛能亟待開發。

從任務類型看，行星實驗室公司、天空盒子成像公司等已經證明近地軌道納衛星星座可以穩定提供超高分辨率的遙感數據，達到商用級水平，可以相信其水平還將隨著“鷹眼”（Kestrel Eye）納衛星等任務的開展而迅速提高；同時，科學探測仍然是微納衛星星座的主要任務，也是優勢任務，具有其他天基系統無法替代的多點原位測量能力。

從服務對象看，微小衛星以迄今最高性價比航天器的身份，迅速占領了商業圖像數據服務市場，所有對大跨度、高實時、高分辨率圖像敏感的行業都被微小衛星群網所吸引，例如，地理位置服務、農作物監管、突發災害應急響應等方面?？梢韵胂?，隨著軌道高度的下降，分辨率的優勢將進一步提升?？梢韵嘈牛蛙?、亞軌道、甚至高層大氣層將在很長一段時間內被其統治。但受制于運載與推進能力，高軌和深空暫時還無法直接成為微小衛星的舞臺，但天基二次部署有可能帶來解決方案，從而拓展微小衛星的應用。

目前，微小衛星雖然發展迅速，但相比較大衛星而言，在分辨率、幅寬、壽命等單項性能方面的優勢并不是很明顯，因此，必須充分發揮微小衛星組網運行的優勢，如依靠低成本研制的高分辨率微小衛星，組網增大對地觀測覆蓋面積和縮短重訪周期，雖然壽命短，但可以不斷更新替代，實現長時間的在軌觀測。通過不斷探索和挖掘更具優勢競爭力的微小衛星應用方式，成為主流衛星的應用互補甚至替代，引領并逐漸改變主流市場需求。

未來，對地觀測將會是微小衛星應用的一個重要方向。隨著我國陸地資源衛星、氣象衛星、海洋衛星、遙感系列衛星等初具規模，數據質量不斷提升，建議扶持類似美國數字地球公司和法國斯波特成像公司（SPOT Image）等的商業渠道和運營模式，重點發展銷售衛星遙感數據產品并提供服務的商業模式。同時，通過統籌各類衛星數據，實現全球服務，增強國際競爭力。

4　結束語

商業化微小衛星產業的迅速崛起是衛星發展的時代所需，它不但引領了一種全新的衛星研制生產和運營模式，同時開創了衛星數據應用更廣闊的空間?？梢韵胂?，經過有效的規劃和發展，該產業未來前景巨大、能量驚人。中國航天科技集團公司楊保華副總經理曾指出，這是一個全新的衛星時代，我們要允許各種設想百家爭鳴；這是一個亟待探索的領域，我們要鼓勵各種成果百花齊放；這是一個任重道遠的征程，我們的精神要百折不撓，堅持不懈，開創微小衛星輝煌發展的新紀元。

Development Trend of the Commercialized Microsatellite Industry