小衛(wèi)星制造：推動(dòng)變革
——2019年第33屆小衛(wèi)星會(huì)議在美國(guó)猶他州舉行

文 | Blaine Curcio 編譯|曲向芳

2019年8月3－8日，第33屆小衛(wèi)星會(huì)議(The 33rd Annual Conference on Small Satellites)在美國(guó)猶他州立大學(xué)舉行。小衛(wèi)星會(huì)議自1987年以來(lái)每年舉辦一次。本屆會(huì)議的主題是“小衛(wèi)星制造：推動(dòng)變革”。隨著小衛(wèi)星的發(fā)展給衛(wèi)星行業(yè)帶來(lái)的諸多變化，在第二次全球星座熱潮來(lái)臨之際，小衛(wèi)星制造成為了新熱點(diǎn)。2019年小衛(wèi)星會(huì)議呈現(xiàn)出一些趨勢(shì)，這些趨勢(shì)清晰地闡明了本屆會(huì)議的主題，即推動(dòng)變革，大規(guī)模生產(chǎn)小衛(wèi)星，以大幅降低成本，從而擴(kuò)大總體市場(chǎng)規(guī)模。參會(huì)人數(shù)超過(guò)3000人，覆蓋全產(chǎn)業(yè)鏈。

1 規(guī)模發(fā)展

第33屆小衛(wèi)星會(huì)議的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)是未來(lái)小衛(wèi)星制造業(yè)需要擴(kuò)大規(guī)模的程度。會(huì)議的主旨發(fā)言人、一網(wǎng)公司（OneWeb）的格雷格·維勒（Greg Wyler）重申，該公司計(jì)劃發(fā)射數(shù)百顆、最終可能達(dá)數(shù)千顆的衛(wèi)星，衛(wèi)星制造廠每天可生產(chǎn)1～2顆衛(wèi)星。柏林空間技術(shù)公司（BST）的湯姆·塞格特（Tom Segert）在演講中指出，衛(wèi)星制造正在接近“亨利·福特時(shí)刻”，制造業(yè)將在很大程度上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化和可擴(kuò)展性，從而實(shí)現(xiàn)小衛(wèi)星制造商的重大整合。麥克薩技術(shù)公司（Maxar）指出，當(dāng)衛(wèi)星制造規(guī)模從6顆增加到300顆時(shí)，零部件成本平均節(jié)省60%，一些部件成本有望節(jié)省90%，這可以從低地球軌道（LEO）星座的生產(chǎn)制造中學(xué)習(xí)到。總之，未來(lái)的小衛(wèi)星行業(yè)需要規(guī)模發(fā)展，這可能會(huì)導(dǎo)致現(xiàn)有的數(shù)百家小衛(wèi)星制造商進(jìn)行整合。

2 數(shù)據(jù)量巨大

本次小衛(wèi)星會(huì)議的另一個(gè)主題是：未來(lái)幾十年衛(wèi)星將產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量，以及將從這些數(shù)據(jù)中衍生的新應(yīng)用。幾家公司談到了正在生成的數(shù)據(jù)，以及將數(shù)據(jù)傳回地球的創(chuàng)造性方式。美國(guó)行星公司（Planet）的Kiruthika Devaraj談到該公司一顆3U立方體衛(wèi)星的吉比特每秒級(jí)數(shù)傳載荷，其X頻段數(shù)傳設(shè)備第二代高速下行鏈路（HSD2）已經(jīng)實(shí)現(xiàn)超過(guò)1.6Gbit/s的下行峰值速率，每次過(guò)頂能夠提供超過(guò)80GB的下行鏈路數(shù)據(jù)。RainCube公司介紹了一顆使用Ka頻段和S頻段將氣象數(shù)據(jù)傳輸?shù)降厍虻?U立方體衛(wèi)星，該公司計(jì)劃發(fā)射更多立方體衛(wèi)星，并有可能發(fā)射具有更大天線的衛(wèi)星，或者長(zhǎng)期來(lái)說(shuō)，發(fā)射用于行星際通信的衛(wèi)星。來(lái)自日本的地球遙感初創(chuàng)公司——?jiǎng)?chuàng)企合成視角公司（Synspective）的西藤弘博米（Hirobumi Saito）說(shuō)，該公司在17個(gè)月內(nèi)融資了1億美元，他把2015年發(fā)射的超小型衛(wèi)星Hodoyoshi－4與2019年發(fā)射的新技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星－1（Rapis－1）的下行速率進(jìn)行了比較，分別為540Mbit/s和1270Mbit/s，這是數(shù)據(jù)傳輸能力在小衛(wèi)星上大幅提高的一個(gè)例證，數(shù)據(jù)采集能力進(jìn)一步提高。Synspective公司的首顆合成孔徑雷達(dá)（SAR）衛(wèi)星質(zhì)量為150kg，將在2020年由“織女星”（Vega）火箭發(fā)射入軌，到2022年，將有6顆衛(wèi)星在軌，最終組成一個(gè)由25顆衛(wèi)星構(gòu)成的StriX星座。Synspective公司希望最終發(fā)射大約100顆衛(wèi)星。所有這些衛(wèi)星都將產(chǎn)生數(shù)據(jù)，并且數(shù)據(jù)量會(huì)越來(lái)越大。

3 高度自動(dòng)化

日本Synspective公司的StriX星座衛(wèi)星

如果未來(lái)的小衛(wèi)星革命真正實(shí)現(xiàn)，可能至少部分要?dú)w因于高度自動(dòng)化。維勒的主題演講強(qiáng)調(diào)了OneWeb衛(wèi)星制造廠的自動(dòng)化程度。他指出，工廠中的螺絲刀由機(jī)器人操作，并且這些螺絲刀可以測(cè)量施加在每顆衛(wèi)星中每個(gè)螺釘?shù)拇_切扭矩。如果衛(wèi)星在軌遇到問(wèn)題，OneWeb公司可以重新訪問(wèn)制造該衛(wèi)星的數(shù)據(jù)，并嘗試根據(jù)極其精確的、機(jī)器采集的數(shù)據(jù)了解問(wèn)題所在。

一些技術(shù)講座還強(qiáng)調(diào)了衛(wèi)星自動(dòng)化測(cè)試和制造過(guò)程的使用，以此減少制造時(shí)間。BST公司的報(bào)告突出顯示了印制電路板（PCB）等部件的生產(chǎn)可以通過(guò)自動(dòng)化快速提高。自動(dòng)化生產(chǎn)將受益于模塊化程度的日益提高，衛(wèi)星由更加標(biāo)準(zhǔn)化的部件組成，組合起來(lái)更容易。Maxar公司介紹了在其小衛(wèi)星上可以達(dá)到的模塊化程度。

Planet公司還談到該公司在其“天空衛(wèi)星”（SkySat）星座上成功實(shí)現(xiàn)了大部分操作功能的自動(dòng)化，SkySat星座擁有15顆衛(wèi)星，具有較高的分辨率，與該公司的100多顆“鴿子”（Dove）衛(wèi)星一起工作。Planet公司已將大部分日常維護(hù)工作、小部分的運(yùn)營(yíng)工作，以及一些相當(dāng)容易理解和熟知的異常情況實(shí)行了自動(dòng)化處理。該公司保有一個(gè)團(tuán)隊(duì)來(lái)處理特定的一次性任務(wù)，但是當(dāng)星座只有1顆衛(wèi)星時(shí)，就設(shè)法減少每周所需的人工小時(shí)數(shù)。從2014年的將近350h降到2019年的大約100h，而星座目前有15顆衛(wèi)星，并且還在繼續(xù)增加。這也表明，雖然自動(dòng)化可以解決許多問(wèn)題，大幅提高效率，但仍然需要一些人為干預(yù)或參與。

4 發(fā)射生態(tài)系統(tǒng)將向小衛(wèi)星傾斜

地球靜止軌道（GEO）衛(wèi)星市場(chǎng)已經(jīng)經(jīng)歷了幾年的衰退。衛(wèi)星制造商處境艱難，它們?cè)絹?lái)越傾向于小衛(wèi)星，特別是那些準(zhǔn)備發(fā)射數(shù)百甚至數(shù)千顆衛(wèi)星的大型星座。目前，發(fā)射業(yè)務(wù)的主力還是傳統(tǒng)的GEO衛(wèi)星，但小衛(wèi)星的發(fā)展一旦進(jìn)入大量的星座建網(wǎng)及商用，火箭發(fā)射必向其傾斜以滿足市場(chǎng)需求。因此，大型發(fā)射服務(wù)提供商現(xiàn)在為小衛(wèi)星提供服務(wù)不足為奇。美國(guó)太空探索技術(shù)公司（SpaceX）和歐洲阿里安航天公司（ArianeSpace）都在本次會(huì)議期間宣布將提供小衛(wèi)星發(fā)射服務(wù)。

最先進(jìn)的新興發(fā)射公司之一——火箭實(shí)驗(yàn)室公司（Rocket Lab）宣布將以其“電子”（Electron）火箭第一級(jí)的可重用性為目標(biāo)。Rocket Lab公司的首席執(zhí)行官彼得·貝克（Peter Beck）以前曾表示，Rocket Lab公司不會(huì)以可重用性為目標(biāo)，而現(xiàn)在瞄準(zhǔn)可重用性，是因?yàn)楣拘枰_(dá)到更快的制造速度。貝克在會(huì)議上指出，可重復(fù)使用一級(jí)火箭，哪怕只重復(fù)使用一次也將“有效倍增”該公司的火箭制造能力。總體而言，雖然Rocket Lab公司的決定可能會(huì)為其帶來(lái)更具競(jìng)爭(zhēng)力的價(jià)格和更高的生產(chǎn)能力，但也將導(dǎo)致21世紀(jì)20年代初中小型運(yùn)載火箭的供過(guò)于求。全世界有十幾家公司正在研發(fā)這種類型的運(yùn)載火箭，其中許多公司計(jì)劃在21世紀(jì)20年代初進(jìn)行數(shù)十次發(fā)射，那么為了達(dá)到火箭的合理使用率，則需要大量增加向太空發(fā)射的貨物數(shù)量。

5 結(jié)語(yǔ)

毫無(wú)疑問(wèn)，小衛(wèi)星生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展達(dá)到了一個(gè)臨界點(diǎn)，如果需求條件合適的話，變革就將到來(lái)。更多的自動(dòng)化制造、更大的產(chǎn)量和不斷演進(jìn)的價(jià)值鏈都將導(dǎo)致進(jìn)入太空的價(jià)格下降，從而導(dǎo)致對(duì)天基業(yè)務(wù)的需求劇增。

需求劇增的幅度有多大尚不確定。本次小衛(wèi)星會(huì)議呈現(xiàn)出明顯樂(lè)觀的氛圍，參會(huì)人數(shù)超過(guò)以往，新公司展示其商業(yè)計(jì)劃。隨著航天業(yè)繼續(xù)變得更加主流，小衛(wèi)星將發(fā)揮更大的作用，使太空更容易被大眾觸及和了解。本屆會(huì)議引人注目的是眾多大學(xué)參會(huì)、年輕人的數(shù)量超過(guò)以往，并且充滿活力。在過(guò)去幾十年里，小衛(wèi)星可能一直是航天業(yè)的一個(gè)次要角色，但是未來(lái)它們將越來(lái)越多地影響整個(gè)航天業(yè)，向人們展示出有時(shí)小事物也會(huì)具有革命性的影響力。