商業航天的“藍海” 在軌服務五大市場分析

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MEV-1

在軌商業服務歷史性的一步

2019年10月9日，美國軌道ATK公司研制的MEV-1在軌延壽飛行器發射，這是“第一個商用衛星在軌服務系統”，今年2月MEV-1將與Intelsat-901通信衛星對接加注燃料，為其延壽五年，這一事件標志著“衛星在軌服務”這項全新的業務模式的開端。

商業通信衛星Intelsat-901于2001年6月發射，這顆19歲的通信衛星運行良好，唯一的困擾是燃料不足問題。目前它正在等待MEV -1與它對接，并在棄星軌道進行測試和操作，然后共同返回到Intelsat-901的軌道位置繼續開展服務。

筆者在此簡單回顧一下“在軌服務”是如何從科研走向市場的。我們知道，一顆昂貴的在軌衛星如果遭遇了軟件故障還能夠進行修復和升級，但是大多數的機械異常無法糾正，因為硬件是不可替代的。

研究者們為此做了很多努力，從上世紀90年代日本的7號工程實驗星（ETS-VII)，到美國國防高級研究計劃局(DARPA)的“軌道快車”項目，這兩次任務都完成了既定實驗目標，但是并未解決一個商業化的問題，那就是：一個在軌服務飛行器只針對一個服務目標進行設計，并不能與其他衛星硬件兼容，這樣就失去經濟性。

2002年DARPA開始從另外一個角度來看待這個問題，那就是：“衛星有什么是需要在軌服務飛行器來做的？”

一項名為RescueSat的研究認為，當衛星因為火箭發動機故障未入軌時，可以使用在軌服務飛行器送這些衛星抵達預定軌道，但是想送入軌道就要先有抓住衛星的機械臂。于是2005年DARPA贊助了Frend ARM研究項目。

在Frend項目完成后，DARPA啟動了一個名為“鳳凰”的項目，研究從“死”衛星上獲取大型天線的可能性，并研究如何讓這些衛星“起死回生”。最終，DARPA認為，為在軌工作的航天器提供服務將帶來比維修失效的航天器更高的回報。于是DARPA贊助的PPP項目地球同步衛星機器人維修項目(RSGS)開始了，目前這一項目正在研制中。

NASA在在軌服務研究方面與DARPA開展了緊密的合作，但是在創新方向上走了另外一條路。2011年NASA進行了STS-135太空加油任務演示。有了NASA的研究基礎，商業公司開始準備將此技術用于商業服務上來。

軌道ATK公司相信在軌服務將有很廣闊的市場，2016年開始決定進行大幅投資，研制MEV飛行器。在研制過程中，軌道ATK通過美國2014年訂立的“商業空間能力空間行為協定”(SAA)得到了NASA的技術支持。

作為擁有最多高軌通信衛星的運營商，國際通信衛星組織（Intelsat）對于任何能夠提高其在軌靈活性的技術都很歡迎。在軌道ATK宣布研制MEV之初，國際通信衛星組織就承諾成為MEV-1的第一個客戶。

全球在軌服務第一單就這樣一步一步走進了市場。

DARPA“鳳凰”在軌維修和打撈實驗項目

在軌商業服務五大市場

2020年2月11日，NSR發布了《在軌服務與空間態勢感知市場報告（第三版）》，報告列出了在軌服務的五大市場，分別為：在軌延壽、機器人操作、發射后軌道修正服務、重新定軌業務、離軌服務。

根據上文提到的NSR報告（第一版）預測，在軌服務市場規模在未來十年間將達到30億美元。

1.在軌延壽

在軌延壽包括在衛星壽命到期后通過接管軌道維護和姿態控制功能來延長其使用壽命，以及加注燃料來恢復推進劑的儲備等服務，一般可延長高軌通信衛星壽命3-5年。低軌通信衛星由于造價較低，限制了低軌在軌延壽市場的發展。

在軌延壽方面最值得期待的三大任務為：軌道ATK的MEV-2將于2020年中發射，繼續為國際通信衛星組織提供商業服務；NASA的“恢復-L”將于2022年發射，并將在低軌上為衛星加油；DARPA的“地球同步衛星機器人服務項目”計劃于2023年發射。

一些私營航天公司也加入到在軌延壽市場中來。如美國的繩系無限公司的LEO Knight計劃為SSO軌道的遙感衛星和低軌衛星提供加油和維修服務。

2.機器人操作

做在軌延壽項目的公司一般也涉及到機器人操作，包括監測、診斷、近距離檢查、維修、替換、零件升級等工作。與此直接相關的就是機械臂的開發。

2020年1月31日，麥克薩技術公司宣布與NASA簽署了一份價值1.42億美元的合同，麥克薩所屬的勞拉空間系統公司將為NASA研制空間基礎設施靈巧機器人，又稱“蜘蛛”項目，這一機器人手臂將安裝在在軌加油衛星“恢復-L”上。

軌道ATK公司依托NASA的“臨界點”計劃獲得了一份PPP合同，以開發在軌機器人裝配、快速斷開和在軌焊接技術。

未來，機器人的建造能力可應用于衛星在軌組裝、建造空間設施、開展行星探測和小行星采礦等業務上，也可以幫助清除空間碎片。

MEV-1整裝待發

3.發射后軌道修正服務

指當衛星部署在不正確的軌道上時，或者衛星推進系統發生故障時，進行救助的業務。

NSR預測數據

4.重新定軌業務

軌道間移動飛行器能夠提供的“太空拖車”服務包括：軌道提升；低軌星座部署；SSO軌道平面調整；脫離軌道。硅谷初創公司動量（Momentus）正在研制的軌道間移動飛行器采用水等離子體推進，并在2019年7月完成了在軌試驗。

LEOKnight

5.離軌服務

隨著越來越多的低軌衛星星座的發射，如何離軌也成為一個越來越值得關注服務。

在軌商業服務行業標準

2016年，軌道ATK接下Intelsat-901這單時，曾對在軌商業服務無行業規范可依表示了憂慮。2016年12月，在DAPPA的倡導下，開始籌備建立一個企業協會CONFERS，并資助了先期活動資金。2018年CONFERS正式成立。

2018年4月，CONFERS發布了《衛星服務安全框架-技術和業務指導文件》，2019年10月，更新了《（在軌服務）設計和操作方法建議》。建議中詳細規定了提供在軌服務的企業應該遵循的11個工作流程，從任務分析階段、合同簽訂階段、到保險和許可審批到最后執行都進行了詳細的描述。

2020年2月，CONFERS向聯合國外空委匯報了其工作進展，他們正在和國際標準組織（ISO）合作，為衛星在軌服務建立正式的國際標準。

毫無疑問，“在軌服務”已經成為商業航天的一片藍海，這片藍海需要更新銳的創意，大企業做集成，小企業做配套，一個新興的商業航天領域正在成型。SATNET

繩系無限公司從2011年開始與美國海軍實驗室合作開發的機械臂

蜘蛛機械臂

當前進入在軌服務市場的部分公司