国家千人计划吴树范:微纳卫星是新一轮空间革命

泰伯智库 | 2015-12-24 21:51:00

我们正赶上了空间应用领域的一轮革命,中国的微纳卫星事业还正处于懵懂和起步阶段,有很多的商机。扩展新的应用领域大有可为,真正面向用户的领域是我们应该值得去探索的空间。以下内容节选自国家千人计划特聘专家、博士、教授、吴树范在“创变者·2015中国GIO年度峰会”的演讲。内容未经演讲人核实。

高精尖与低成本两大趋势

前一段时间,美国《科学》杂志评出了全球2014年的十大科学突破,这个大家可能都听过。其中第一个就是历经十年的航行到达彗星的罗塞塔号彗星探测计划,它释放了一个100公斤的小卫星降落到彗星表面,并且传回了图片,这是排在第一位的。而排在第七位的就是CubeSat(立方体纳型卫星),所以在2014年全球十大科学突破中跟微纳卫星相关的就占了两项,一个是高精尖的,另一个是非常廉价的低成本的立方星,这就反映了国际卫星行业的发展趋势。

从发展趋势来看,超高精度,复杂高难度的大型科技卫星不断在更新空间科学和技术的前沿。而百公斤级,同时功能相对简单,成本极为低廉的微纳卫星也开始在各种任务当中得到广泛的应用,这就是卫星发展的宏观形势。总结一下卫星的未来发展应该说朝着两个大方向前进:一个是高精尖方向发展,完成高精度、复杂度、高稳定度的空间科学实验;另外一个是向微纳卫星方向发展,完成低成本、大批量的空间组网任务以及大众化商用进行验证。

科普一下,什么叫做微纳卫星呢?我们将小于100公斤,具有实际应用功能的卫星叫做微纳卫星,这在国际上也算是一个比较认可的定义。微纳卫星的技术特点首先是周期短,研发制造大概也就需要一年左右的时间,而传统卫星要五年,甚至要十年。空间生存能力强,并不是说卫星本身的寿命长,而是它靠的是网络化、集群化,几千颗星发射上去,损失十颗、八颗,对功能都没有影响。所以可以用六个词形容微纳卫星的特点:高性价比、低成本、批量部署、协同工作、快速反应、在轨重构。

微纳卫星的发展是从2010年开始,而五年也可以说是一个井喷状态,以立方星为代表的微纳卫星从2010年的二十几颗,到2014年的140多颗,数量已经占到每年发射卫星数量的绝大部分。欧洲和美国相继都成立了微纳卫星部件供应商,同时,许多原本不涉及空间业务的中小型企业也开始尝试改进其他的地面产品,把其所把握的产品和技术扩展到航天领域。这些都是商业公司的情况。

发展现状有几种主要模式,大的像北斗、GPS等等,这都是事关国家命运和国家安全的,由政府出面。还有DigitalGlobe和GeoEye等传统的商业遥感公司,依托政府扶持,开发商用数据市场。而我们主要是看商业航天应用。

商业资本更看中数据和应用

目前微纳卫星已经从实验应用型向业务服务型转变,这也带动了一系列的产业革命。美国智囊公司SpaceWork分析,从2009到2013年与2014到2016年这两个阶段中微纳卫星空间应用的对比表明,新技术的在轨演示验证任务已经从55%缩减到20%,对地遥感和对地观测应用的比例从12%的比例提升到52%。举一个例子,英国DMCii已经开始研发第三代的微纳遥感卫星,下一代的卫星重约50公斤,成本小于100万英镑,可达到1.5M的分辨率。

同时再说一下微纳卫星的经济效益和发展态势,微纳卫星能够提供低成本,接近实时更新的大数据,移动互联网、信息技术与微纳卫星技术相结合,催生了颠覆式的商业应用模式,使微纳卫星的市场份额迅速的增加。在美国NSR咨询公司的统计中,将要发射的卫星有数千颗,他的市场价值更多的在这一块,商业资本对于微纳卫星看重的不是空间资产,而是数据和应用,这些数据正是我们空间地理信息产业的输入。

大规模的网络化、应用模式和运行管理模式与网络密切连接,这是发展特点。应用大数据算法,结合云服务平台,提供信息分析和预测服务。采用天地一体化的全链路设计理念,简化星上功能,强化地面处理。在轨应用能力进一步实用化,领域全面化和轨道立体化。卫星设计理念创新。

美国智库预测从2000-2020年,将会有2000到2750颗的微纳卫星发射上天。目前从成本上估算,小于100公斤的微小卫星成本约在2000万到4000万人民币,而纳卫星是400到800万人民币。举一个例子,如果一颗导航卫星要几个亿,接近五个亿不到十个亿,那么这样一颗星的价钱如果造微小卫星可以造十颗,如果造纳卫星可以造100颗。用这100颗星发到天上去以后,做的事情很多时候会远远超过一颗星的能力,这对于卫星应用模式的发展是一个创新的设计思想。

微纳卫星真正面向用户的领域最值得探索

最后我介绍一下上海微小卫星创新研究院在微纳卫星的发展,原来我们叫做微小卫星工程中心,2014年的10月改名叫做中科院微小卫星创新研究院。目前中心目前发射9颗,其中微纳卫星数量5颗,在研微纳卫星10余颗,形成春心系列平台,伴星系列微纳卫星平台,纳卫星平台。

我刚才讲了9月26号我们发射了三颗立方体卫星,一个2.9公斤,一个是2.2公斤,另一个是1.7公斤,卫星有三颗系统,主要的任务是对地观测。第一颗星是对地面进行拍照,另外采集船舶与飞机航迹信息等。B星是采集轮船数据的,而C星是ADS-B天线,2公斤左右。这个任务的另外一个特点就是我们完全使用自己的测控,没有使用国家的或者是军方的智库网,完全使用自己的技术,完全独立。我们在传回来的照片中看到了南极附近冰块的情况。

我们已经提出了一个用于气象海洋服务的专项,通过卫星来完成轮船、飞机和地面站相互之间的实时通讯,并且用于海事服务分析。总共要发射36颗微纳卫星,这个项目已经得到了相关部门的批准,目前也已经开始研制。

最后结合我们的会议谈一些个人观点,美国空军已经提出来,微小卫星将成为未来空间领域改变游戏规则的要素之一。俄罗斯也表示,微纳卫星是俄罗斯未来最主要的军事卫星。所以微纳卫星正加速从实验应用型向业务服务型转变,军民融合深度发展,推进航天市场开放,加强卫星通信,导航和遥感的融合应用,加速培育“互联网+卫星应用”的新业态。

所以从国际上来说,高精尖空间技术、军事太空、满足特殊需求,微纳卫星潮流正在高度集成化、自主化、网络化。社会化商业应用是目前发展的主流,我们大家可以看出来国家大力开展深空科学探测,牵引并推动高精尖空间科学技术的发展。

所以如果说商机就在这里出现,像这种高精尖的东西肯定是由国家政府出面,但微纳卫星产品化到了我们空间地理,甚至应用部分就完全是一种商业行为,商机已经出现在微纳卫星这一块,技术验证性到应用型转变产业化的机会。国内已经有军民融合,商业航天,互联网+卫星等创新的应用业态,扩展新的应用领域将大有可为,水文、气象、海洋、农业真正面向用户的领域是我们应该值得去探索的空间。

微纳卫星代表了卫星的一场革命,他的革命是空间技术领域,把卫星技术从复杂化变的小型化,卫星也将从此开启新的突破和应用。我们正赶上一场空间应用领域的革命,中国在微纳卫星的正处于懵懂和起步阶段,有很多的商机,我们需要拥抱这一发展潮流,抓住机遇和商机。加上当前中国的形势提倡大众创新、万众创业,这样天时、地利、人和铸就了我们在这个领域必将会冒出一大批的成功企业。

 

 

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