瞭望 | 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(tái)融合設(shè)計(jì)等，讓長(zhǎng)光衛(wèi)星生產(chǎn)的衛(wèi)星“體重”大幅降低——“吉林一號(hào)”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(duì)衛(wèi)星實(shí)施批量化生產(chǎn)，可進(jìn)一步解放人力、降低成本。“過去在衛(wèi)星系統(tǒng)測(cè)試環(huán)節(jié)，一顆星需要兩個(gè)人、兩個(gè)月完成，如今6顆星并行測(cè)試，一個(gè)人、一個(gè)月即可完成。”
“吉林一號(hào)”星座可對(duì)全球任意地點(diǎn)實(shí)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(hào)火星探測(cè)器，從嫦娥工程到中國空間站建設(shè)，從火箭不斷升級(jí)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(bào)頻傳，書寫著航天人的“中國夢(mèng)”。
對(duì)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(duì)其認(rèn)知大都來自教科書、電視畫面、手機(jī)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(dú)角獸企業(yè)，年輕的高科技公司長(zhǎng)光衛(wèi)星技術(shù)股份有限公司(下稱長(zhǎng)光衛(wèi)星)，正在作出自己的回答。
“吉林一號(hào)”星座加速組網(wǎng)
8月10日12時(shí)50分，我國在太原衛(wèi)星發(fā)射中心使用長(zhǎng)征六號(hào)遙十運(yùn)載火箭，將眉山“天府星座”(“吉林一號(hào)”高分03D35-41星)、云遙一號(hào)04-08星(“吉林一號(hào)”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(hào)”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(hào)”衛(wèi)星組網(wǎng)。至此，“吉林一號(hào)”在軌衛(wèi)星數(shù)量增至70顆，標(biāo)志著“吉林一號(hào)”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(hào)”星座的數(shù)據(jù)獲取和信息服務(wù)能力。
“吉林一號(hào)”是我國首組自主研發(fā)的商用遙感衛(wèi)星星座，由長(zhǎng)光衛(wèi)星自主研發(fā)運(yùn)營。
長(zhǎng)光衛(wèi)星是一家從科研院所——中國科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所(下稱長(zhǎng)春光機(jī)所)走出的企業(yè)。
長(zhǎng)春光機(jī)所始建于1952年，是新中國成立的第一個(gè)以光學(xué)為主要研究領(lǐng)域的科研機(jī)構(gòu)。該所曾先后參加“兩彈一星”“載人航天工程”等多項(xiàng)國家重大工程項(xiàng)目，為我國國防建設(shè)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步作出重要貢獻(xiàn)，被譽(yù)為中國“光學(xué)的搖籃”。
2005年，時(shí)任長(zhǎng)春光機(jī)所所長(zhǎng)的宣明跟大家分析，通過對(duì)國內(nèi)外發(fā)展形勢(shì)的調(diào)研，航天事業(yè)一定會(huì)從計(jì)劃經(jīng)濟(jì)走向市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)，以載荷為核心的整星設(shè)計(jì)技術(shù)就是走向市場(chǎng)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(jì)效益。
精于制造光學(xué)相機(jī)，但從未制造過衛(wèi)星，長(zhǎng)春光機(jī)所要不要跨過這個(gè)關(guān)口？幾番討論，他們最終決定突破自我，爭(zhēng)取掌握“造衛(wèi)星”的核心技術(shù)。
此后十年，團(tuán)隊(duì)摸著石頭過河，起早貪黑默默干，攻克了衛(wèi)星平臺(tái)和載荷結(jié)構(gòu)一體化、熱控一體化、快速集成測(cè)試技術(shù)等一個(gè)個(gè)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(yùn)作的時(shí)候了。
這年12月，長(zhǎng)光衛(wèi)星正式成立。公司由吉林省政府、長(zhǎng)春光機(jī)所、社會(huì)資本及技術(shù)骨干等共同出資，總注冊(cè)資金19.7億元。
長(zhǎng)光衛(wèi)星正式運(yùn)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(hào)”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(shí)也創(chuàng)造了由一個(gè)研發(fā)團(tuán)隊(duì)一箭成功發(fā)射四星的歷史。
“吉林一號(hào)”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(jí)高清動(dòng)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(yàn)證。
自2015年10月一箭四星發(fā)射成功以來，“吉林一號(hào)”星座工程已進(jìn)行21次發(fā)射。
給衛(wèi)星降“體重”
長(zhǎng)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(hào)”衛(wèi)星的生產(chǎn)，跨過傳統(tǒng)的“平臺(tái)加載荷”設(shè)計(jì)方式，采用星載一體化技術(shù)。
賈宏光分析說，傳統(tǒng)的“平臺(tái)加載荷”設(shè)計(jì)，載荷和平臺(tái)界限分明，載荷要根據(jù)平臺(tái)的設(shè)計(jì)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(jì)的靈活性，重量、體積可通過設(shè)計(jì)進(jìn)一步下降。“同樣一個(gè)亞米級(jí)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。”
這還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠——對(duì)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(jì)雖然實(shí)現(xiàn)了以載荷為中心，平臺(tái)圍繞載荷需求，但仍保留了較多獨(dú)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(zhǎng)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(tái)融合設(shè)計(jì)邁進(jìn)。
2019年發(fā)射的“吉林一號(hào)”高分03A星，第一次采用“載荷平臺(tái)融合設(shè)計(jì)”理念，大幅減少平臺(tái)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(zhǎng)光衛(wèi)星綜合電子研究室主任鄒吉煒介紹，從原始機(jī)理設(shè)計(jì)上，電子學(xué)很多部組件可共用一個(gè)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(jì)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(jī)遮光罩既可作為相機(jī)系統(tǒng)隔離雜散光的遮光罩使用，同時(shí)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(hào)”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(yùn)載成本隨之減少。過去能發(fā)射一顆星的價(jià)格，如今可以發(fā)射10顆星。”賈宏光說。
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(zhǎng)光衛(wèi)星起初采用單星生產(chǎn)模式，即整個(gè)研發(fā)隊(duì)伍全部圍繞一顆星的各項(xiàng)工作從事研發(fā)、組裝、實(shí)驗(yàn)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(zhǎng)光衛(wèi)星開始試水從單星研制到批量生產(chǎn)。
鄒吉煒說，實(shí)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(jī)部組件生產(chǎn)、系統(tǒng)測(cè)試和總裝及環(huán)境試驗(yàn)三個(gè)環(huán)節(jié)，總裝及環(huán)境試驗(yàn)環(huán)節(jié)形成脈動(dòng)流水化模式，進(jìn)行批量化生產(chǎn)、測(cè)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(cè)試環(huán)節(jié)，一顆星需要兩個(gè)人、兩個(gè)月完成，如今6顆星并行測(cè)試，一個(gè)人、一個(gè)月即可完成。生產(chǎn)效率大大提升。”
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(chǎng)景
如今，長(zhǎng)光衛(wèi)星應(yīng)用領(lǐng)域正在拓寬、社會(huì)需求持續(xù)走高。
近日，長(zhǎng)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(hào)”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(píng)。
翱翔天空的“吉林一號(hào)”衛(wèi)星，活躍在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。它時(shí)刻關(guān)注農(nóng)作物的生長(zhǎng)期，經(jīng)過處理的衛(wèi)星影像，可對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行長(zhǎng)勢(shì)分析、墑情分析和受災(zāi)情況判斷。據(jù)悉，長(zhǎng)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(kuò)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(zhǎng)光衛(wèi)星依托“吉林一號(hào)”衛(wèi)星星座全天時(shí)、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(cè)、森林火災(zāi)預(yù)警與監(jiān)測(cè)、森林病蟲害監(jiān)測(cè)等系列“吉林一號(hào)”林業(yè)遙感與林業(yè)業(yè)務(wù)深度融合的監(jiān)測(cè)服務(wù)產(chǎn)品，構(gòu)建林業(yè)資源智能化監(jiān)測(cè)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(hào)、“河南一號(hào)”“西安航投一號(hào)”“浦銀一號(hào)”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(diǎn)。其中，眉山“天府星座”是中國首個(gè)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?yàn)I海一號(hào)衛(wèi)星”“云遙一號(hào)”04-08星，是長(zhǎng)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(cè)小衛(wèi)星，有效載荷為長(zhǎng)波紅外相機(jī)，可對(duì)海洋、熱點(diǎn)目標(biāo)及大氣層進(jìn)行探測(cè)，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(duì)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)紅外輻射特性的測(cè)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(jià)比高的特點(diǎn)，在軌業(yè)務(wù)化運(yùn)行后將廣泛應(yīng)用于氣象預(yù)報(bào)、搜索跟蹤、火點(diǎn)監(jiān)測(cè)、大氣探測(cè)等方面。
賈宏光介紹，“吉林一號(hào)”星座可對(duì)全球任意地點(diǎn)實(shí)現(xiàn)每天23到25次重訪，可為農(nóng)林生產(chǎn)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、智慧城市、地理測(cè)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(hào)”遙感數(shù)據(jù)，長(zhǎng)光衛(wèi)星利用人工智能算法，實(shí)現(xiàn)了全國地表分類的精準(zhǔn)化、自動(dòng)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(dòng)識(shí)別，識(shí)別精度超過95%。
“吉林一號(hào)”星座正按計(jì)劃擴(kuò)大規(guī)模。賈宏光說，預(yù)計(jì)“十四五”期間，“吉林一號(hào)”將實(shí)現(xiàn)138顆衛(wèi)星組網(wǎng)。“屆時(shí)，‘吉林一號(hào)’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)