歐歐洲洲航航天天產產業(yè)業(yè)對對小小衛(wèi)衛(wèi)星星技技術術的的發(fā)發(fā)展展規(guī)規(guī)劃劃

付郁 韓維

（1 北京空間科技信息研究所 2 中國空間技術研究院）

根據(jù)歐洲咨詢公司《小衛(wèi)星市場預測》報告，2018-2027年全球發(fā)射的500kg以下的小衛(wèi)星數(shù)量預計將達到7038顆，小衛(wèi)星制造和發(fā)射收入預計將達到382億美元。同時，這一階段也將是歐盟第9個框架計劃（FP9）的實施階段，歐洲航天研究機構協(xié)會（ESRE）向歐盟提交了《歐洲空間技術發(fā)展優(yōu)先級與路線圖（2018-2030）》，其中專門制定了歐洲小衛(wèi)星技術發(fā)展規(guī)劃，以期在歐盟FP9的資助下發(fā)展相關技術，提升歐洲小衛(wèi)星技術水平和產業(yè)競爭力，在全球小衛(wèi)星市場中占據(jù)更大份額。

1 《歐洲空間技術發(fā)展優(yōu)先級與路線圖（2018－2030）》出臺背景

“框架計劃”（FP）是歐盟自1984年開始實施的研究與技術開發(fā)計劃，迄今已經執(zhí)行了8個。該計劃集中全歐洲科研資源和基礎設施，將科學研究與市場需求結合，通過研發(fā)關鍵技術提升產業(yè)競爭力，是歐盟投資最多、內容最豐富、市場目的最明確、歐盟成員國共同參與的中期重大科技計劃。2002年第六個多年財務框架計劃設置了“航空航天”主題，航天領域重點投資“全球環(huán)境與安全監(jiān)測”（GMES）計劃（該計劃現(xiàn)已更名為“哥白尼”計劃）、衛(wèi)星通信與衛(wèi)星導航等方向；2007年第七個多年財務框架計劃圍繞“促進歐洲的經濟增長和加強歐洲的競爭力”目標，在“合作計劃”下設航天主題，關注GMES及增強歐洲航天基礎研究，重點是應用服務以及技術研發(fā)，并在“交通”主題下資助“歐洲靜止軌道導航覆蓋服務”（EGNOS）項目；2014年第八個多年財務框架計劃又名“地平線2020”（Horizon 2020），在“使能工業(yè)技術領導力”（LEIT）專項計劃下設航天主題，重點關注空間使能技術，確保航天競爭力、自主可控與創(chuàng)新發(fā)展。

2017年起，歐盟組織成員國、工業(yè)界、研究機構等開始論證第九個多年財務框架計劃，歐洲航天研究機構協(xié)會正是在此背景下向歐盟提交了《歐洲空間技術發(fā)展優(yōu)先級與路線圖（2018－2030）》。歐洲航天研究機構協(xié)會是由德國航空航天中心（DLR）、意大利宇航研究中心（CIRA）等機構組成的非營利性組織，目的主要是增進歐洲航天政府管理部門與航天產業(yè)界、學術機構之間的合作，提升歐洲航天技術水平和產業(yè)競爭力。《歐洲空間技術發(fā)展優(yōu)先級與路線圖（2018－2030）》分析了進入空間，通信，對地觀測，導航，空間探索與載人航天，以及賽博安全、數(shù)據(jù)科學與量子技術等領域的技術發(fā)展趨勢，并對照歐洲航天技術發(fā)展現(xiàn)狀，對12個相關技術領域提出了對應的技術發(fā)展規(guī)劃、發(fā)展方向及發(fā)展重點，其中包括商用現(xiàn)貨（COTS）部組件技術、小衛(wèi)星星座技術。此外，歐洲航天研究機構協(xié)會等機構還在向歐盟提交的建議報告中建議歐盟資助發(fā)展小衛(wèi)星其他技術，包括地面批量化制造技術、天線平臺集成技術、小衛(wèi)星應用與深空探測、星座網絡化協(xié)同、編隊飛行技術、退役離軌技術，以及低地球軌道（LEO）星座應用所需要的大數(shù)據(jù)在軌智能處理、高速率激光通信技術等。

2 歐洲COTS部組件技術發(fā)展規(guī)劃

隨著微電子、微機械和新材料等技術的不斷發(fā)展，微電子產品在商業(yè)領域中的應用越來越廣泛，商業(yè)領域對微電子產品的投資也越來越大，使得半導體工業(yè)的技術進步越來越集中于商用器件領域。這導致的結果是，航天器廣泛應用的航天器件價格比COTS器件高出數(shù)倍，而性能落后2～3代。《歐洲空間技術發(fā)展優(yōu)先級與路線圖（2018－2030）》提出，歐洲將按照2018－2020年和2020－2030年兩個階段發(fā)展COTS部組件技術，促進在航天活動中大量使用COTS部組件，最終目標是研制完全基于COTS的小衛(wèi)星，進而顯著降低航天活動成本。

在第一階段，即2018－2020年期間，建立歐洲航天研究機構協(xié)會發(fā)展COTS部組件的路線圖，并對該路線圖展開SWOT分析，邀請歐盟、歐洲航天局（ESA）及其成員國、航天產業(yè)界和測試機構參與到該路線圖行動中。這期間，歐洲航天研究機構協(xié)會將開展的研究活動包括：研究不同COTS部組件商業(yè)應用案例，分析發(fā)展COTS部組件的前景，確定要資助發(fā)展的候選部組件；研究這些候選COTS部組件在航天活動中應用的關鍵領域，并對COTS部組件的適用性展開分析；與COTS部組件制造商建立合作關系，了解COTS部組件的構造和工藝；讓商業(yè)化的測試機構從一開始就參與進來，讓這些測試機構其對該領域有認識；通過調研歐盟非航天領域以及美國國家航空航天局（NASA）、日本宇宙研究開發(fā)機構（JAXA）的相關標準，建立歐洲航天領域COTS技術標準。

COTS器件與航天器件能力發(fā)展趨勢比對

歐洲推動COTS在空間領域廣泛應用的發(fā)展路線圖

在第二階段，即2021－2030年期間，歐洲將通過資助若干100萬～200萬歐元級別的項目，識別、篩選和測試適用于不同航天領域的COTS部組件，包括被動元件、二極管、晶體管（如金屬氧化物半導體場效應晶體管、場效應晶體管、雙極管等）、高功率組件、集成電路（如運算放大器、電壓調節(jié)器、直流變換器等）、內存、微處理器、可編程邏輯器件、光電發(fā)射器和探測器、電池等。這些項目將致力于在高可靠性工業(yè)和民用領域（如汽車領域）的數(shù)據(jù)庫中識別候選對象，并最終建立歐洲航天COTS部組件數(shù)據(jù)庫。

3 歐洲小衛(wèi)星星座技術發(fā)展規(guī)劃

《歐洲空間技術發(fā)展優(yōu)先級與路線圖（2018－2030）》提出將按照2018－2020年、2021－2025年以及2026－2030年三個階段，通過一系列舉措發(fā)展小衛(wèi)星星座技術，以提升其在小衛(wèi)星領域的競爭力，具體包括：一是把建設歐洲“新航天”星座作為開發(fā)驗證歐洲小衛(wèi)星技術和服務的主要手段；二是把最好的工業(yè)實踐引入到航天領域，如汽車行業(yè)的大規(guī)模連續(xù)生產是建設小衛(wèi)星星座的關鍵技術；三是研發(fā)關鍵使能技術，主要是按照“新航天”模式立即開始技術研發(fā)，縮小與美國的技術差距，同時研發(fā)顛覆性創(chuàng)新技術、有效載荷及應用服務。

歐洲小衛(wèi)星星座技術發(fā)展路線圖

2018－2021年的關鍵目標是對小衛(wèi)星星座的驗證任務進行任務定義和關鍵技術研發(fā)。其中，任務定義要對糧食安全、氣候行動、能源安全、社會安全、智能綠色交通、前沿科學等目標市場的終端用戶需求進行分析，并基于需求分析開展小衛(wèi)星星座驗證任務選擇、任務概念設計、關鍵要素識別（包括批量生產需求等）、星座架構定義等。技術研發(fā)所涉及的關鍵活動包括：滿足星群和編隊飛行星座需求的安全星間通信技術，以小衛(wèi)星電推進技術為代表的星座定位和軌道控制技術，分布式在軌數(shù)據(jù)處理、加工和分析技術，敏感器數(shù)據(jù)融合技術，分布式敏感器和多敏感器研發(fā)等。按照預期，歐洲將在2020年提出一項小衛(wèi)星星座驗證任務，并在歐盟第9個多年財務框架計劃支持下予以實施。

2021－2025年的關鍵目標是對演示驗證任務和選定技術開展在軌飛行驗證。依托飛行演示驗證小衛(wèi)星，歐洲將試驗基于智能材料、多材料的3D打印技術，在軌總裝、測試與集成，安全自主運行技術，高精度姿態(tài)與軌道測定及控制技術，在軌大數(shù)據(jù)處理技術，并測試與遠程控制飛行器系統(tǒng)（RPAS）及高空偽衛(wèi)星（HAPS）的網絡集成能力，并同時開發(fā)該演示驗證任務的地面應用和市場前景。

2026－2030年的關鍵目標是建設業(yè)務化小衛(wèi)星星座，并對高可靠性簡易離軌系統(tǒng)、衛(wèi)星可視化及星座運管系統(tǒng)、滿足星載高級處理需求的傳感器融合技術等前沿系統(tǒng)技術進行演示驗證，技術演示驗證的最終目標是推動相關技術的技術成熟度不小于7。

4 結束語

歐洲歷來重視發(fā)展小衛(wèi)星技術，整體技術水平和業(yè)務化應用能力較高，在對地觀測、船舶自動識別（AIS）等數(shù)據(jù)采集、科學與技術試驗領域實現(xiàn)了廣泛應用，并不斷推進在低軌寬帶通信、物聯(lián)網、機器對機器（M2M）通信等領域的應用發(fā)展。未來，在歐盟、歐洲航天局以及產業(yè)界的合作努力下，歐洲有望通過相關技術研發(fā)，在全球新一輪低軌大型星座發(fā)展浪潮中搶占更多發(fā)展機遇，增強歐洲航天的競爭力。