【碰撞】我国商业航天发展再思考

卫星与网络

共 8017字,需浏览 17分钟

 · 2022-06-30


《卫星与网络》杂志【碰撞】栏目出品

我国商业航天发展再思考

| 汤玉杰,袁鸿翼(航天海鹰卫星运营事业部)

2015年,国家发改委、财政部、国防科工局等部门联合发布了《国家民用空间基础设施中长期发展规划(2015—2025年)》,明确鼓励民营企业发展商业航天,开启了中国航天由单一政府主导向政府主导与市场推动相结合的转变进程。业界普遍认为,2015年是中国商业航天元年,在国家政策的大力支持和市场需求的驱动下,短短七年间我国商业航天已然初具规模,产业涵盖上游火箭发射、卫星及地面设备研制、中游卫星运营和下游卫星应用等多个领域。商业航天作为技术迭代快、经济效益高且产业协同强的航天新业态,是我国经济发展极为重要的新增长极,也是我国从“航天大国”迈向“航天强国”的重要支撑。


一、商业航天发展的重要意义


(一)商业航天作为航天力量生力军,支撑大国博弈




1、商业航天是百年未有大变局中大国博弈的重要支点

近年来,世界主要国家都将商业航天提升到国家战略高度,加快出台了一系列商业航天产业鼓励政策,航天大国在国际航天市场上的竞争日益加剧。为抢占太空领域战略竞争的制高点,美国正在加速推进“太空军事化”,商业航天作为航天力量的生力军,在美国政府政策、技术、资金的支持下,成为军民融合深度发展的突破口,为发展太空军事力量,提升太空作战能力提供了源源不断的生命力和创造力。

在近期的俄乌冲突中,SpaceX公司向乌克兰提供了抗干扰的星链卫星通信服务,HawkEye 360公司提供了识别美国通信或GPS卫星信号的电子干扰源服务。欧美商业遥感卫星也在冲突中发挥了重大作用。德国《商报》网站刊发的《紧盯敌人:新卫星技术如何影响乌克兰战争》一文中提到:“随着技术的发展,数以千计的私人卫星现在也能提供侦察服务。这些卫星图像通常来自初创公司,它们能做的往往比拍照要多。”有分析指出,有超过200颗商业遥感卫星介入了这次俄乌冲突,这些商业卫星直接为美国欧洲司令部、北约和乌克兰提供第一手卫星影像和数据分析服务。大量商业卫星介入此次冲突,极大制约了俄军战略部署和战场进展。

与此同时,欧美发射的大量商业卫星也加剧了太空资源的争夺,根据国际电信联盟的规定,卫星频轨资源通过“先到先得”的方式获取,从而造成“先占永得”的局面。目前,Ku频率资源已经瓜分殆尽,Ka、Q/V频率资源也已经有多个低轨星座进行布局,这必将形成行业资源壁垒,阻碍后续星座发展。

2、商业航天是国家战略科技力量的重要组成部分

党的十八大以来以习近平同志为核心的党中央坚持把科技创新摆在国家发展全局的核心位置,强调要强化国家战略科技力量。国家战略科技力量是体现国家意志,服务国家需求,推动我国成为创新型国家、建设世界科技强国的支撑性力量。在国家“十四五”规划中,空天科技首次出现在“强化国家战略科技力量”内容中,航天产业作为国家战略科技力量的重要组成部分,代表科技和工业发展的最前沿,具有显著的技术牵引和产业带动作用。商业航天作为航天领域的新生力量,在政策扶持和社会资源助推下,已经成为推动国家航天及高科技产业高质量发展的重要支撑。

3、商业航天有力支撑我国从“航天大国”向“航天强国”迈进

1956年以来,经过几代航天人的建设和发展,我国建成了较为完备的航天科技工业体系。探月工程、载人空间站、火星探测等国家重大科技专项和重大工程的顺利实施,标志着我国在重点航天技术上取得了巨大的成绩。但相比欧美国家,我国在航天产业规模和体量上仍有较大差距。传统航天以保障国家任务为目标,但由于建设周期长、耗资巨大、收益率低而无法保证航天产业全面快速发展。商业航天作为具有广阔前景的开放性新兴产业,全国各地方、各行业、各单位都有机会参与进来。商业航天企业可根据自身特色和地方优势,因地制宜,选择相适应的航天单位、航天技术、航天资源开展合作,形成百花齐放、百舸争流的生动局面。

依托中国特色社会主义制度,在新型举国体制的引导下,可充分发挥商业航天市场配置资源的优势,并结合政府顶层统筹规划的站位优势,有效推动商业航天有序发展。通过科学统筹、集中力量、优化机制、协同攻关,在维护国家安全、构建太空实力和攻关重大项目等方面集中协调配置资源、有效发挥资源协同效益,支撑我国从“航天大国”稳健迈向“航天强国”。


(二)商业航天作为战略性新兴产业,助力数字经济发展




  1、商业航天推动科技创新和产业转型

航天产业是高度复杂化和规模化的高技术与高端制造的组合,是国家先进制造业的重要组成部分。其技术辐射面广、产业带动力强、关联产业多、产品附加值高,具有突出的溢出效应和经济带动作用,能够带动新一代的信息技术、高端制造、新能源、新材料等高精尖技术产业发展。据相关数据显示,航天产业的直接投入产出比约为1:2,对国民经济的直接拉动作用为原始投入的8-14倍。但目前航天产业的溢出效应发挥不足,需要通过商业航天的发展加以推动和实现。聚焦国内,北京、上海、西安等城市逐步形成了航天科技产业的初步聚集,其他各省市如海南文昌的国家航天城,武汉国家航天产业基地,广东省的卫星产业聚集区和产业园区等围绕商业航天的火箭链、卫星链、数据链产业系统布局,航天产业集群效应已初步显现,形成了以航天技术完整产业链结构为核心,相关制造和服务配套产业为支撑的生态体系。商业航天未来将大力发展低轨卫星星座,推动卫星制造从“实验室定制化研制”到“产品线批量化生产”的转变,卫星密集发射同时带动火箭发射向高可靠、低成本、灵活发射的方向发展。通过高新技术产业集群加强行业自主创新能力,融合人工智能、大数据处理等前沿技术,带动“通导遥一体化”卫星应用产业、火箭发射服务等转型升级,推进相关产业的高质量发展。

2、商业航天促进相关产业协同发展

在航天技术的牵引下,材料、动力、能源等尖端技术发展迅速。传统航天作为国家任务驱动的科研生产体系,推动相关产业协同发展的动力不足。在我国当前军民融合政策支持下,商业航天能够充分发挥民营效率优势,构建上下游产业供应链体系,打造“卫星互联网+”生态,加快培育卫星网络优势企业,赋能产业集群,促进相关产业协同发展。

以智能制造为例,近年来低轨星座的大规模爆发部署需要研发新的小型卫星平台和智能载荷等航天高端产品,为满足低成本高质量的商业航天发展需求,商用工业级器件在卫星研制中大量使用。智能制造通过标准化、模块化实现小卫星的批量生产,降低卫星研制成本。国内卫星批量化、智能化生产线已开始逐步规划和建造。批产卫星带来的测试工作时间短、任务重等问题,促进了卫星智能批量测试系统的研发,以及多星并行测试、自动测试等智能生产模式创新。同时,大量卫星的发射需求,也带动了低成本重复使用商业火箭的加速发展。

3、商业航天赋能数字经济高质量发展

近年来,随着互联网、物联网、大数据、云计算、人工智能、区块链等技术飞速创新,世界正经历百年未有之大变局,新一轮科技革命和产业变革带来的新陈代谢的激荡和竞争博弈的激烈前所未有,经济社会发展的传统模式正在被强力颠覆。以互联网和大数据技术为核心的数字经济已成为国民经济高质量发展的新动能,数字经济以数据资源为关键要素,不断赋能经济高质量发展,在国民GDP中所占的比重逐年提升,并成为带动内外循环的连接纽带,将为中国经济持续发展提供新动能。

开展数字经济建设需要充分发挥海量数据和丰富应用场景优势,促进数字技术和实体经济深度融合,赋能传统产业转型升级,催生新产业新业态新模式。商业航天的运载火箭产业、卫星及应用产业、空天飞行及动力产业等高速发展,促进了空间科学、空间技术、空间应用的全面提升,尤其在空间应用产业,通过海量卫星数据与数字经济的深度融合,丰富应用场景,创新商业模式,深化“通导遥”综合应用,有效赋能社会数字化转型和数字经济建设。


二、我国商业航天面临的挑战


(一)频轨资源争夺加剧




轨道时隙和无线电频谱都是有限资源,国际社会 “先到先得”的原则使发达国家与发展中国家的太空能力差距愈发增大。SpaceX、OneWeb等公司通过发射海量通信卫星,行星实验室公司通过部署200多颗近地轨道遥感卫星,抢占大量低轨轨道资源和优质的Ku/Ka/V频谱资源,对后发者在国际电联申报大规模星座形成了巨大挑战。


(二)政策市场不够开放




在政策制定上,目前政府出台了多项利好商业航天的相关政策,但总体偏宏观指导性和方向性,细化的支持性政策和可操作性的方案略显不足。在战略规划上,商业航天的战略定位较为模糊,短期规划较为零散,中长期规划目标不清晰;在市场划分上,商业航天的界限也不明确,是否支持商业航天企业参与,参与程度如何,相关领域是否放开,未来是否逐步放开等问题尚未得到解决。


(三)政府采购能力不足




美国政府推出《国防授权法》和《联邦采办条例》等一系列重要法案和政策,指出军品除核心软硬件需由军队定制外,把采办民用技术、产品和服务作为第一优先序列,强调选择成本低、质量好、性能优越的货架产品。在这次俄乌冲突中,美国国家地理空间情报局(NGA)和美国国家侦察局(NRO)加大采购西方商业遥感卫星公司提供的各种情报数据,目前正在与100多家商业遥感卫星公司合作,使用了至少200颗商业遥感卫星的照片,而且这些商业遥感公司还提供了大约20种不同的分析服务。这些图像直接流向了美军欧洲司令部、北约军方和乌克兰政府,为其提供了全面的战场情报信息。SpaceX公司的星链星座为乌克兰提供上万台通信终端,保障了乌克兰作战部队实现实时通信。

目前在世界范围内,政府依然是商业航天的最大用户之一。在中国,政府的数据服务主要由民用航天提供,商业航天参与程度不高。同时在国防领域,商业卫星对国家安全、军队对战参与度不高,需要更高效地整合军民商卫星资源,推动民商卫星发展同时支撑国家治理、政务能力提升、国防情报获取,使政府更高效、更便捷、更经济地使用航天信息服务;军队如何能在现有能力基础上更高效地使用商业数据作为补充,也是未来商业航天发展面临的一大挑战。


(四)标准体系尚待建立




近几年商业航天发展迅速,但总体来看还存在小、散、乱的情况,标准缺失的问题正日渐凸显。虽然目前传统航天业内普遍采用国军标(GJB),但商业航天一般采用国家标准体系,参照的是国际标准(ISO)。商业航天发展难以参照现行的军用标准,又因商业航天敏捷迭代的特性,国标、国军标制定周期也难以满足商业航天发展需求。商业卫星主要集中在遥感和物联网卫星,从卫星端到应用端一般是企业自行定义接口标准,但因各企业业务分类、服务对象和应用架构不同,难以有机整合各方优势产品。


(五)卫星火箭成本较高




当前国内外商业卫星的研制主要依靠政府大力投入的航天产业所溢出的技术能力,特别是我国的商业卫星研制主力仍为系统内的中国空间技术研究院(五院)、上海航天技术研究院(八院)、中科院微小卫星创新研究院等院所。其继承以往保障国家任务所创建的研发体系、研制流程、技术标准与质量保证要求极高,且定制化的生产方式必然导致在保证卫星高质量的情况下,研制成本也居高不下。火箭发射目前国内报价每公斤成本近13万元,相比SpaceX的搭载发射服务近0.55万美元(约3万6千元),贵了4倍有余。如何采用商业化的方式,将航天的先进技术与商业化批产技术相结合,通过柔性生产线的方式满足卫星性能定制化,通过标准化模块化的方式实现低成本、批量化、高质量的卫星生产。在火箭发射方面,降低成本发射、突破回收和复用等新技术突破也是解决商业航天快速发展的重要问题。


(六)产业化发展不充分




产业化规模化发展格局尚未形成。一是资源利用率不足,航天资源不仅仅只是包括火箭工厂、火箭发动机试车台、发射基地等硬件设施,还包括相应制度、政策法规、技术储备等软件资源。在火箭和卫星设计,测试性能和最终组装发射等全流程中,商业航天企业分布并不均匀,目前尚未形成产业化服务体系。二是应用创新、精准化、精细化服务能力不足,束缚了卫星应用技术体系及卫星数据增值产品和服务的发展。三是相关政策不开放,协调机制不完善导致产业化发展面临挑战。当前国外已将商业化遥感数据的空间分辨率开放到0.1米,以星链、铱星为代表的通信卫星已经大量部署并提供服务。而我国商业化遥感数据空间分辨率限制为0.5米,同时SAR卫星频率轨位电报协调难,商业化通信卫星已被国家队中国卫星网络集团有限公司统筹规划,行业准入门槛高也是商业航天产业化面临的难题。


(七)商业模式创新不足




对于大规模部署的卫星星座,其巨大的投入单凭国家投入难以持续发展,必须探索一种政府、社会资本方合作新模式。2015年,国家发文鼓励探索国家民用空间基础设施市场化、商业化发展新机制,支持和引导社会资本参与国家民用空间基础设施建设和应用开发。民用空间基础设施虽然在政策层面已经开放并且属于鼓励发展的领域,但在实践中采用此类模式操作的项目极少。如何优先保障各级政府公共数据需求,并通过市场化机制,社会资本方为社会、企事业单位提供定制化商业数据服务而获得合理投资回报是未来商业模式探究的一大难题。


三、我国商业航天发展建议


(一)提高站位上升高度,大力发展商业航天




航天产业作为重要的国家战略性力量,需要不断提升发展效益效能。商业航天是国家航天的重要补充和协同,也是国家战略力量的有力支撑。政府应加强顶层战略统筹规划,建立自上而下的多元统筹协调机制;健全商业航天参与国家太空力量建设政策体系,保障军民商航天融合有理、有序,稳定实施;提高系统建设的兼容性和安全性,解决军民商航天体系融合的技术障碍。指定军队代理机构,以应用为牵引,多手段扶持商业航天发展,同时通过专项资金、技术攻关计划等措施,激发商业企业对技术创新的贡献。


(二)开放政策和市场,鼓励和支持商业航天快速发展




商业航天产业归根到底是服务于国家价值体系和国家意志的体现,因此,商业航天的发展离不开政府的扶持和支持。后续政府应完善商业航天相关法规,制定资助计划,明确商业航天市场定位及规模发展路径,培育规范商业航天发展环境,鼓励军民商航天协同发展,共同解决卡脖子问题。政府应加大商业航天在政府数据服务中的采购力度,通过合同、采购订单、合作协议等多种模式支持商业航天参与国家重大工程和重大项目,以需求为牵引指导商业航天有序、快速发展。


(三)推进新型空间信息基础设施建设,赋能数字经济




商业卫星作为新型空间信息基础设施,服务于国家重大战略,支撑航天强国建设。通过构建具有引领性的卫星星座和运营平台,形成“通导遥一体化”应用服务标准体系,整合社会优势资源,拓展一批卫星重大应用场景,打造覆盖火箭、卫星、地面系统建设及卫星运营、地面终端、信息应用的卫星全产业链,形成数字赋能的空间信息技术创新体系和产业融合发展新格局,推动数字经济赋能高质量发展。


(四)创新商业星座建设模式,促进多元化发展




为了扩大在国际航天市场的占有率和主导力,扩大卫星应用产业的战略竞争力,需要大力发展商业航天,可通过商业合同、采购订单、资助计划、PPP等模式推动民用空间基础设施的市场化、商业化发展。面向大规模星座部署的需求,通过建立“利益共享、风险分担”的长效合作机制,发挥新型举国体制优势,优化“企业+地方+社会”资源配置,充分发挥央企作为技术策源地、产业链链长优势,民营企业在扁平管理、成本竞争的优势,地方在政策、市场、区位和产业基础等方面的优势,以及社会资本的资金优势,分摊建设成本,加快建设进度,共享星座收益。


(五)创新卫星应用,构建产业发展新生态




商业航天是航天技术向大众应用市场与消费级层面的商业化。未来卫星应用发展结合人工智能、云计算、大数据创新应用手段,应积极拓展通信、导航、遥感应用新场景和开拓卫星应用大众服务领域,打造“卫星互联网+”新服务模式。采用多元化新型投资方式,以创新技术应用为牵引,引入地方政府和社会资金参与多元化星座建设,共同推动星座商业化、产业化发展,进而带动火箭发射、地面设施建设的全链条服务,形成商业航天产业发展新生态。


四、结语


商业航天行稳致远,并与传统航天产业有机融合、协同发展,将成为我国从“航天大国”走向“航天强国”的重要支撑。站在实现第一个百年奋斗目标、迈向第二个百年奋斗目标新征程的历史起点,让热爱我国航天事业,有志于参与航天强国建设的各界同仁携手,充分运用商业航天产业所具有的市场规则灵活、高效配置技术、资金、人才要素的能力,发挥新型举国体制优势,加速体系化创新,推动商业航天高质量发展,让航天成果惠及百业千行、亿万民众。

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