了望 | 中國第一家商業(yè)遙感衛(wèi)星公司如何給衛(wèi)星降成本？
星載一體化技術(shù)、載荷平臺融合設(shè)計等，讓長光衛(wèi)星生產(chǎn)的衛(wèi)星“體重”大幅降低——“吉林一號”高分03星“體重”已降至40公斤，重量只有第一代衛(wèi)星的1/10
科學(xué)合理分解衛(wèi)星形成過程，對衛(wèi)星實施批量化生產(chǎn)，可進(jìn)一步解放人力、降低成本?！斑^去在衛(wèi)星系統(tǒng)測試環(huán)節(jié)，一顆星需要兩個人、兩個月完成，如今6顆星并行測試，一個人、一個月即可完成?！?/p>
“吉林一號”星座可對全球任意地點實現(xiàn)每天23到25次重訪
從北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)到天問一號火星探測器，從嫦娥工程到中國空間站建設(shè)，從火箭不斷升級到頻繁成功發(fā)射各種各樣的衛(wèi)星，中國航天事業(yè)近年捷報頻傳，書寫著航天人的“中國夢”。
對很多人而言，包括衛(wèi)星在內(nèi)的航空航天領(lǐng)域一直比較神秘，對其認(rèn)知大都來自教科書、電視畫面、手機視頻。諸如一顆衛(wèi)星有多重、一顆衛(wèi)星值多少錢等問題，還沒有準(zhǔn)確的答案。
作為中國第一家商業(yè)遙感衛(wèi)星公司，以及東北首家、吉林省唯一的獨角獸企業(yè)，年輕的高科技公司長光衛(wèi)星技術(shù)股份有限公司(下稱長光衛(wèi)星)，正在作出自己的回答。
“吉林一號”星座加速組網(wǎng)
8月10日12時50分，我國在太原衛(wèi)星發(fā)射中心使用長征六號遙十運載火箭，將眉山“天府星座”(“吉林一號”高分03D35-41星)、云遙一號04-08星(“吉林一號”紅外A01-05星)等16顆衛(wèi)星發(fā)射升空，衛(wèi)星順利進(jìn)入預(yù)定軌道，發(fā)射任務(wù)圓滿成功。
此次發(fā)射任務(wù)，創(chuàng)下單次發(fā)射“吉林一號”衛(wèi)星數(shù)量最多的紀(jì)錄。
16顆衛(wèi)星入軌后，將與在軌的54顆“吉林一號”衛(wèi)星組網(wǎng)。至此，“吉林一號”在軌衛(wèi)星數(shù)量增至70顆，標(biāo)志著“吉林一號”星座第一階段建設(shè)任務(wù)圓滿完成。
據(jù)悉，這16顆衛(wèi)星的投入使用，將顯著提升“吉林一號”星座的數(shù)據(jù)獲取和信息服務(wù)能力。
“吉林一號”是我國首組自主研發(fā)的商用遙感衛(wèi)星星座，由長光衛(wèi)星自主研發(fā)運營。
長光衛(wèi)星是一家從科研院所——中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所(下稱長春光機所)走出的企業(yè)。
長春光機所始建于1952年，是新中國成立的第一個以光學(xué)為主要研究領(lǐng)域的科研機構(gòu)。該所曾先后參加“兩彈一星”“載人航天工程”等多項國家重大工程項目，為我國國防建設(shè)、經(jīng)濟發(fā)展和社會進(jìn)步作出重要貢獻(xiàn)，被譽為中國“光學(xué)的搖籃”。
2005年，時任長春光機所所長的宣明跟大家分析，通過對國內(nèi)外發(fā)展形勢的調(diào)研，航天事業(yè)一定會從計劃經(jīng)濟走向市場經(jīng)濟，以載荷為核心的整星設(shè)計技術(shù)就是走向市場的“敲門磚”，所里可通過相關(guān)技術(shù)積累，讓其產(chǎn)生更多經(jīng)濟效益。
精于制造光學(xué)相機，但從未制造過衛(wèi)星，長春光機所要不要跨過這個關(guān)口？幾番討論，他們最終決定突破自我，爭取掌握“造衛(wèi)星”的核心技術(shù)。
此后十年，團(tuán)隊摸著石頭過河，起早貪黑默默干，攻克了衛(wèi)星平臺和載荷結(jié)構(gòu)一體化、熱控一體化、快速集成測試技術(shù)等一個個技術(shù)難關(guān)。
2014年，相關(guān)技術(shù)終于成熟，是考慮商業(yè)化運作的時候了。
這年12月，長光衛(wèi)星正式成立。公司由吉林省政府、長春光機所、社會資本及技術(shù)骨干等共同出資，總注冊資金19.7億元。
長光衛(wèi)星正式運行后，生產(chǎn)和發(fā)射小衛(wèi)星的工作緊鑼密鼓展開。2015年10月，公司自主研發(fā)的“吉林一號”組星成功發(fā)射，開創(chuàng)了我國商業(yè)衛(wèi)星應(yīng)用的先河，同時也創(chuàng)造了由一個研發(fā)團(tuán)隊一箭成功發(fā)射四星的歷史。
“吉林一號”衛(wèi)星是我國第一顆自主研發(fā)的商用高分辨率遙感衛(wèi)星，我國第一顆自主研發(fā)的“星載一體化”商用衛(wèi)星，我國第一顆自主研發(fā)的米級高清動態(tài)視頻衛(wèi)星，也是我國第一次以靈巧方式在軌成功成像、國產(chǎn)CMOS第一次在軌技術(shù)驗證。
自2015年10月一箭四星發(fā)射成功以來，“吉林一號”星座工程已進(jìn)行21次發(fā)射。
給衛(wèi)星降“體重”
長光衛(wèi)星黨委書記、副總經(jīng)理賈宏光介紹，2015年升空的一組四顆“吉林一號”衛(wèi)星的生產(chǎn)，跨過傳統(tǒng)的“平臺加載荷”設(shè)計方式，采用星載一體化技術(shù)。
賈宏光分析說，傳統(tǒng)的“平臺加載荷”設(shè)計，載荷和平臺界限分明，載荷要根據(jù)平臺的設(shè)計調(diào)整，衛(wèi)星的重量、體積難以靈活安排。而星載一體化技術(shù)增加了載荷設(shè)計的靈活性，重量、體積可通過設(shè)計進(jìn)一步下降?！巴瑯右粋€亞米級衛(wèi)星，我們把重量控制到400多公斤，衛(wèi)星研制成本大約在8000萬元?！?/p>
這還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠——對商業(yè)衛(wèi)星來說，成本依舊太高。據(jù)了解，“星載一體化”設(shè)計雖然實現(xiàn)了以載荷為中心，平臺圍繞載荷需求，但仍保留了較多獨立結(jié)構(gòu)功能，電子學(xué)軟硬件也只是部分集成。
為符合商業(yè)化發(fā)展路線、進(jìn)一步降低成本，長光衛(wèi)星以技術(shù)創(chuàng)新為手段，從星載一體化技術(shù)向載荷平臺融合設(shè)計邁進(jìn)。
2019年發(fā)射的“吉林一號”高分03A星，第一次采用“載荷平臺融合設(shè)計”理念，大幅減少平臺結(jié)構(gòu)，電子學(xué)軟硬件高度集成，有效載荷比顯著提升。
長光衛(wèi)星綜合電子研究室主任鄒吉煒介紹，從原始機理設(shè)計上，電子學(xué)很多部組件可共用一個處理器，確保電路上節(jié)省很多空間，進(jìn)一步降低成本。從結(jié)構(gòu)設(shè)計上，過去很多執(zhí)行單一結(jié)構(gòu)功能的部組件被賦予更多功能。比如相機遮光罩既可作為相機系統(tǒng)隔離雜散光的遮光罩使用，同時還能作為整星承力結(jié)構(gòu)進(jìn)行整星部組件的安裝。
空間節(jié)省后，衛(wèi)星“體重”大幅降低。據(jù)悉，“吉林一號”高分03星“體重”已降至40公斤，重量只有第一代衛(wèi)星的1/10，但降重量不降指標(biāo)，分辨率始終保持在0.75米的高水平。
“重量降低，火箭運載成本隨之減少。過去能發(fā)射一顆星的價格，如今可以發(fā)射10顆星?！辟Z宏光說。
從單星研制到批量生產(chǎn)
降成本的秘訣不光是給衛(wèi)星“減重”。
據(jù)了解，長光衛(wèi)星起初采用單星生產(chǎn)模式，即整個研發(fā)隊伍全部圍繞一顆星的各項工作從事研發(fā)、組裝、實驗等任務(wù)。
為進(jìn)一步降低成本并提升星座規(guī)模，自2018年起，長光衛(wèi)星開始試水從單星研制到批量生產(chǎn)。
鄒吉煒說，實施批量化生產(chǎn)，要科學(xué)合理分解衛(wèi)星形成過程，具體可分為單機部組件生產(chǎn)、系統(tǒng)測試和總裝及環(huán)境試驗三個環(huán)節(jié)，總裝及環(huán)境試驗環(huán)節(jié)形成脈動流水化模式，進(jìn)行批量化生產(chǎn)、測試，可進(jìn)一步解放人力、降低成本。
鄒吉煒表示：“過去在衛(wèi)星系統(tǒng)測試環(huán)節(jié)，一顆星需要兩個人、兩個月完成，如今6顆星并行測試，一個人、一個月即可完成。生產(chǎn)效率大大提升?！?/p>
目前，隨著低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，國內(nèi)更多商業(yè)企業(yè)都已開啟批量化、低成本之路。
越來越廣泛的應(yīng)用場景
如今，長光衛(wèi)星應(yīng)用領(lǐng)域正在拓寬、社會需求持續(xù)走高。
近日，長光衛(wèi)星研發(fā)的共生地球APP正式上線。共生地球是“吉林一號”星座最新孵化的一款國產(chǎn)衛(wèi)星影像地理信息應(yīng)用，受到用戶好評。
翱翔天空的“吉林一號”衛(wèi)星，活躍在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。它時刻關(guān)注農(nóng)作物的生長期，經(jīng)過處理的衛(wèi)星影像，可對農(nóng)作物進(jìn)行長勢分析、墑情分析和受災(zāi)情況判斷。據(jù)悉，長光衛(wèi)星已與吉林省梨樹縣等地合作，應(yīng)用衛(wèi)星遙感技術(shù)助力農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。
林業(yè)資源是我國最寶貴的自然資源之一。當(dāng)前，衛(wèi)星遙感技術(shù)在林業(yè)應(yīng)用的廣度和深度逐漸擴大，為我國林業(yè)資源的保護(hù)與管理提供了有力保障。比如，長光衛(wèi)星依托“吉林一號”衛(wèi)星星座全天時、全天候、全譜段數(shù)據(jù)獲取能力，充分利用衛(wèi)星遙感、大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)及天空地一體化手段，開發(fā)林業(yè)資源分布與變化監(jiān)測、森林火災(zāi)預(yù)警與監(jiān)測、森林病蟲害監(jiān)測等系列“吉林一號”林業(yè)遙感與林業(yè)業(yè)務(wù)深度融合的監(jiān)測服務(wù)產(chǎn)品，構(gòu)建林業(yè)資源智能化監(jiān)測和智慧化管理服務(wù)體系。
最新成功發(fā)射的眉山“天府星座”東坡01-07號、“河南一號”“西安航投一號”“浦銀一號”輕小型高分辨光學(xué)遙感衛(wèi)星，具有低成本、低功耗、低重量、高分辨的特點。其中，眉山“天府星座”是中國首個以智慧城市為主題的衛(wèi)星星座，將廣泛用于農(nóng)田水利、自然資源、交通建設(shè)、文化旅游、應(yīng)急防災(zāi)等領(lǐng)域，為智慧城市建設(shè)提供有力支撐和保障。
“天津濱海一號衛(wèi)星”“云遙一號”04-08星，是長光衛(wèi)星和天津云遙宇航科技有限公司聯(lián)合研制的新型觀測小衛(wèi)星，有效載荷為長波紅外相機，可對海洋、熱點目標(biāo)及大氣層進(jìn)行探測，獲取目標(biāo)的輻射度信息，進(jìn)而根據(jù)大氣、陸地及海洋等模型對目標(biāo)實現(xiàn)紅外輻射特性的測量。據(jù)了解，這六顆衛(wèi)星具備研制周期短、集成度高、重量輕、體積小、性價比高的特點，在軌業(yè)務(wù)化運行后將廣泛應(yīng)用于氣象預(yù)報、搜索跟蹤、火點監(jiān)測、大氣探測等方面。
賈宏光介紹，“吉林一號”星座可對全球任意地點實現(xiàn)每天23到25次重訪，可為農(nóng)林生產(chǎn)、環(huán)境監(jiān)測、智慧城市、地理測繪、土地規(guī)劃等各領(lǐng)域提供高質(zhì)量的遙感信息和產(chǎn)品服務(wù)。
這意味著，依托“吉林一號”遙感數(shù)據(jù)，長光衛(wèi)星利用人工智能算法，實現(xiàn)了全國地表分類的精準(zhǔn)化、自動化更新，可以在線完成建筑、道路、水體、林木以及不同類型農(nóng)作物的自動識別，識別精度超過95%。
“吉林一號”星座正按計劃擴大規(guī)模。賈宏光說，預(yù)計“十四五”期間，“吉林一號”將實現(xiàn)138顆衛(wèi)星組網(wǎng)?！皩脮r，‘吉林一號’衛(wèi)星星座的服務(wù)能力將大幅提升，為用戶提供更豐富、更高效的遙感信息服務(wù)，為大眾生活帶來更多便利?！? (記者 張建 孟含琪)