2024 文昌国际航空航天论坛于 12 月 1 日至 3 日在海南文昌举办,吸引了国内外航空航天机构和组织代表、低空经济企业和金融机构代表参会。在这个高规格的论坛上,中国航天科技集团商业卫星有限公司董事长李军首度公开披露了互联网卫星的产品设计理念,引起了广泛关注。
中国航天商业卫星公司由中国航天科技集团有限公司牵头成立,注册资本 12 亿元,总部设在雄安新区,在北京和上海设有开发、设计和验证板块,生产基地则在海南和天津。近年来,随着航天技术的不断发展和市场需求的变化,传统航天模式面临着新的挑战和机遇。在这样的背景下,中国航天商业卫星公司秉持与时俱进的产品设计理念,旨在推动商业卫星产业的创新发展。
标准化是构建面向全行业的软硬件标准,以利于大规模生产。这将为商业卫星产业的发展提供统一的规范和标准,提高生产效率和产品质量。低成本则是在满足可靠性的前提下尽可能限价设计、低成本设计。相对传统航天保成功的严苛标准,这种设计理念更加注重成本控制,以满足市场对低成本卫星的需求。集成化或者扁平化要求过去一颗卫星需要近 200 台设备实现的功能,现在仅需几台即可完成。这大大减少了卫星的体积和重量,提高了卫星的性能和可靠性。数字化旨在满足快速迭代,使卫星能够更好地适应市场变化和技术发展。规模化则改变传统的以工位为中心的生产、组装、测试,采用流水线生产卫星,提高生产效率和产能。
中国航天商业卫星公司在天津已建成年产能超过 100 颗卫星的生产线,今年生产了约 30 颗卫星。在海南文昌的卫星超级工厂,预计将于 2025 年投入运营,年产卫星将达 1000 颗。为了达成这一目标,卫星超级工厂不仅要继承中国航天科技集团五十多年积累的卫星生产经验,也要在设计、制造和管理环节全方位创新。
互联网卫星将是有大量手机直连的卫星,要确保卫星与手机之间信号连接稳定且高效,需要大量的测量和实验。卫星超级工厂对传统的测量方法进行大面积改进,将基于大数据开展评估测量,力求做到快速准备,一键测试,智能评估。
二、中国航天互联网卫星的设计理念详解(一)标准化标准化是中国航天互联网卫星设计理念的重要组成部分。构建面向全行业的软硬件标准,有助于实现大规模生产,提高生产效率和产品质量。这一理念将为商业卫星产业的发展提供统一的规范和准则,使得不同企业和机构在生产、研发和应用卫星技术时能够遵循相同的标准,从而降低成本、提高兼容性和互操作性。
例如,中国航天科技集团五院在卫星柔性脉动式生产线的建设中,就充分体现了标准化的设计思维。生产线按照 “1+3+9” 的布局构建全链条生产体系,其中 “1” 是卫星柔性智造中心,实现卫星的快速总装、集成、测试;“3” 是卫星三大主要模块的集成中心,实现模块的高效供应;“9” 是影响卫星安全、任务成败的 9 类关键单机的生产专线,保证核心单机稳定、高质量生产。这样的整体布局全面提升了关键模块、单机、载荷等关键产品的产能,使之与整星研制节拍相匹配,进而提升整体的规模化生产能力。
(二)低成本在满足可靠性的前提下,中国航天互联网卫星采用限价设计和低成本设计。相对传统航天保成功的严苛标准,这种设计理念更加注重成本控制,以满足市场对低成本卫星的需求。
降低卫星制造成本可以从多个方面入手。银河航天通过自研核心元器件、构建基于民用工业体系的商业化供应链、构建卫星生产线和精益生产管控系统、探索 “卫星设计 — 生产线 — 供应链” 的卫星量产模式等多种途径降低卫星制造成本。此外,中国航天商业卫星公司在天津已建成年产能超过 100 颗卫星的生产线,今年生产了约 30 颗卫星。在海南文昌的卫星超级工厂,预计将于 2025 年投入运营,年产卫星将达 1000 颗。通过规模化生产,可以降低单位卫星的制造成本。
(三)集成化集成化要求过去一颗卫星需要近 200 台设备实现的功能,现在仅需几台即可完成。这大大减少了卫星的体积和重量,提高了卫星的性能和可靠性。
中国航天商业卫星公司秉持与时俱进的产品设计理念,通过集成化设计,将卫星的功能集成到更少的设备中,实现了卫星的扁平化。这种设计不仅提高了卫星的性能,还降低了制造成本和发射成本。例如,银河航天在卫星研制中,通过优化卫星设计、降低卫星重量,实现卫星轻量化来降低卫星发射成本。同时,还在积极尝试新技术的应用,如通过软件算法对零件内部材料分布进行结构优化,采用 3D 打印技术为卫星减重,加速研制柔性太阳翼等。
(四)数字化数字化旨在满足快速迭代的需求。随着科技的不断发展和市场需求的变化,卫星技术也需要不断更新和升级。数字化设计理念使得卫星能够更好地适应市场变化和技术发展。
在当今全球化和数字化的时代,各行各业正经历着前所未有的变革。卫星互联网技术的发展也不例外,数字化设计理念为卫星互联网的发展提供了强大的支持。例如,中国航天商业卫星公司在卫星超级工厂对传统的测量方法进行大面积改进,将基于大数据开展评估测量,力求做到快速准备,一键测试,智能评估。这种数字化的测量方法不仅提高了生产效率,还保证了卫星的质量和性能。
(五)规模化规模化改变传统生产方式,采用流水线生产卫星,提高产量。中国航天商业卫星公司在天津已建成年产能超过 100 颗卫星的生产线,海南文昌的卫星超级工厂预计将于 2025 年投入运营,年产卫星将达 1000 颗。
规模化生产不仅可以提高产量,还可以降低成本。通过流水线生产卫星,可以实现标准化、集成化和数字化的生产方式,提高生产效率和产品质量。同时,规模化生产还可以促进商业卫星产业链的发展,吸引上下游企业落户,打造商业航天产业生态。例如,中国航天科技集团五院卫星柔性脉动式生产线的应用和实践,是持续提升卫星研制能力的一个缩影。生产线可以实现每周出厂 4 - 5 颗卫星,年产能可达 200 颗以上。这座 “星星” 工厂,见证了新质生产力在五院落地的点点滴滴。
三、中国航天互联网卫星的生产现状与未来规划(一)生产现状中国航天商业卫星公司在天津已建成年产能超过 100 颗卫星的生产线,展现出了强大的生产能力。今年生产了约 30 颗卫星,为我国航天事业的发展做出了积极贡献。天津生产线的建设,标志着我国在商业卫星生产领域迈出了坚实的一步。其高效的生产模式和严格的质量控制体系,确保了卫星的可靠性和性能。同时,这也为我国未来航天互联网卫星的大规模应用奠定了基础。
(二)未来规划海南文昌的卫星超级工厂预计 2025 年投入运营,年产卫星将达 1000 颗。这一宏伟目标的实现,将极大地推动我国航天事业的发展。卫星超级工厂不仅将继承中国航天科技集团五十多年积累的卫星生产经验,还将在设计、制造和管理环节全方位创新。
文昌国际航天城管理局相关负责人介绍,卫星超级工厂及星箭产业园采用 “1+1+8” 架构,由一个卫星超级工厂、一个试验检测中心和八个核心单机研制中心组成。其中,卫星超级工厂建筑面积 6 万平方米,是目前亚洲在建的最大卫星超级工厂。
卫星超级工厂计划于今年年底封顶,2025 年 6 月正式投产。其最大的优势是可以实现 “出厂即发射”,紧邻中国文昌航天发射场和海南商业航天发射场,使卫星生产与火箭发射实现 “无缝对接”,大幅降低物流成本和潜在风险。
当卫星超级工厂的卫星生产数量达到上千颗时,其规模优势将更加明显。文昌航天城管理局将搭建开放平台,促进产业创新和技术迭代,最终让卫星形成类似于汽车或消费电子产品的生产模式,实现低成本、高效率批量化生产。
为了达成年产 1000 颗卫星的目标,中国航天商业卫星公司正积极推动上下游企业落户文昌,同时规划建设联合实验室,加强人才培养,在海南打造商业航天产业生态。
四、中国航天互联网卫星的创新测量方法中国航天互联网卫星的创新测量方法,是对传统测量方法的重大突破。传统测量方法在面对大量手机直连卫星的需求时,显得效率低下且难以满足高精度的要求。而卫星超级工厂基于大数据开展评估测量,实现了快速准备、一键测试、智能评估,为卫星的高效生产和稳定运行提供了有力保障。
航天科技集团五院通信导航部顺利完成整星 “一键式” 测试技术试点应用,为中国航天互联网卫星的创新测量提供了宝贵经验。该技术采用一体化集成测试系统作为数据后台和自动化测试软件平台作为执行前端,实现了集中独立、全自动化、一键式的串并行测试。在设计好某阶段测试流程后,测试系统可一键式地自动执行该阶段各分系统全部测试用例,遇到异常问题时能自动停止当前运行状态,确保卫星安全,同时提示人工干预,人工处理后还可在流程断点处继续执行后续任务。此外,系统还设计了友好的运行交互可视化界面,有效提高测试设计和实施的好用性和易用性。
中国航天科技集团有限公司五院航天东方红公司自主研发的一键式自动化测试系统在型号研制中全面应用,标志着卫星电测技术进入自动化、通用化、信息化、智能化的新时代。一键式自动化测试系统是集成测试设计、测试实施、测试评价三大功能于一体的新一代自动化测试系统,应用效果显著,测试效率得到明显提升,辅助实现了今年所有型号远程自动化测试的目标。
基于大数据分析的卫星通信质量评估系统及方法,为中国航天互联网卫星的测量提供了新的思路。该系统通过数据采集模块采集目标林区的相关信息,落叶监测模块对树叶的堆积量进行监测,通信质量评估模块对区域内测试人员使用卫星通信设备时传输信号受到树木干扰的情况进行评估,输出模块输出对测试人员所处的测试区域进行及时调整的信息。
在卫星通信质量评估方法中,系统通过树木类型采集模块获取林区不同区域分布的树木类型,与当地学校内的树木进行对比,选取相同类型的树木,定时统计目标树木树叶的飘落量;对当前森林区域单位面积中树叶堆积量进行计算,划分树叶堆积量超过额定值的区域并依据标准标记重点区域;对重点区域历史画面中受到光照的位置进行分析,通过画面内光斑面积总和值分析获取卫星通信设备的信号传输在区域内受到茂密树木干扰的期望值;在系统监测到当前工作人员所在位置测试通信质量失准时,引导工作人员更换测试位置。
中国航天互联网卫星的创新测量方法,不仅提高了生产效率,降低了成本,还保证了卫星的质量和性能。
五、打造商业航天产业生态中国航天商业卫星公司正积极推动上下游企业落户文昌,规划建设联合实验室,加强人才培养,全力打造商业航天产业生态。
文昌国际航天城拥有得天独厚的优势,随着海南商业航天发射场的首发成功,各种要素加速向文昌聚集。从上游的卫星和火箭制造到中游的发射服务,再到下游的卫星应用和运营服务,商业航天产业在此加速聚集。中国运载火箭技术研究院海南总装测试中心和中旅 (海南) 航天旅游发展有限公司的揭牌,为深入推进商业航天产业体系构建注入新动力。
在文昌,配套服务产业链也在加速形成。海南九丰特种气体有限公司为商业航天发射场及火箭卫星企业提供特燃特气需求,成都思科瑞微电子股份有限公司为文昌卫星超级工厂提供一站式卫星可靠性检测技术服务,北京星辰空间科技有限公司也将入驻文昌卫星超级工厂,推动建设卫星电推进系统研发生产基地。
文昌国际航天城管理局积极争取在商业航天发射审批优化等方面先行先试,推动新型工业化与商业航天融合碰撞,打造中国商业航天先行示范区。同时,加快打造卫星虚拟星座,建设航天数据保税区,推动卫星数据交易服务平台建设,努力将文昌建设成国内卫星企业走向国际合作的重要平台。
为了打造商业航天产业生态,文昌还注重人才培养。钟鸣明强调坚持培养和引进 “双轮驱动”,为海南自贸港和文昌国际航天城建设提供强有力的人才保障和智力支持。海南商发积极打造商业航天专业人才团队,为人才提供贴心服务,引进了多名骨干人才,并对青年人才进行 “传帮带”。
中国航天商业卫星公司采取开放的态度寻求合作伙伴,生产线向全行业开放,采购产品以性价比为第一选择标准。通过推动上下游企业落户、建设联合实验室和加强人才培养,文昌将逐步构建起完善的商业航天产业生态,为我国航天事业的发展贡献力量。