張寧、張岱嵐、張亮、聶學(xué)峰 /中國航天系統(tǒng)科學(xué)與工程研究院

商業(yè)航天作為新興業(yè)態(tài)，兼?zhèn)滠娒駥傩?、技術(shù)創(chuàng)新性強、經(jīng)濟質(zhì)量效益高且市場前景可期，必將成為我國經(jīng)濟發(fā)展新的增長極和推動航天強國建設(shè)的重要力量。自2014 年國家鼓勵民間資本參與國家民用空間基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)開始，民間資本參與國家民用空間基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的大門就此開啟，一大批商業(yè)航天企業(yè)逐步崛起，進行了積極的商業(yè)實踐和探索。但是，其中僅有商業(yè)衛(wèi)星制造和發(fā)射服務(wù)發(fā)展較為搶眼，商業(yè)衛(wèi)星運營與應(yīng)用發(fā)展則相對遲緩。航天測運控作為近地空間航天工程的樞紐環(huán)節(jié)，推動其快速發(fā)展將有效貫通上游衛(wèi)星/火箭研制、中游發(fā)射服務(wù)及下游衛(wèi)星運營/數(shù)據(jù)應(yīng)用，徹底打通商業(yè)航天產(chǎn)業(yè)鏈。

一、我國商業(yè)航天測運控現(xiàn)狀

1.我國已具備較好的航天測運控技術(shù)基礎(chǔ)

我國自1984 年初步建成衛(wèi)星測控網(wǎng)以來，航天測運控技術(shù)得到了長足發(fā)展。經(jīng)過多年發(fā)展，我國測控網(wǎng)從建設(shè)初期的以地基、?；鶞y控為主，發(fā)展到可充分利用GPS /“北斗”等衛(wèi)星導(dǎo)航體系，實現(xiàn)了“陸、海、空、天”一體化發(fā)展，呈現(xiàn)出功能完備、實用高效的特點。在現(xiàn)有測控網(wǎng)及測控技術(shù)的支撐和協(xié)助下，載人航天、探月工程、二代導(dǎo)航等多項重大航天工程的測控任務(wù)圓滿完成。

2.商業(yè)航天測運控市場空間廣闊

當(dāng)前，全球航天產(chǎn)業(yè)正處于能力和市場快速發(fā)展的黃金時期，商業(yè)航天已成為助推航天產(chǎn)業(yè)發(fā)展的強勁動力。商業(yè)航天在全球航天產(chǎn)業(yè)收入中的占比已接近80%，是全球航天產(chǎn)業(yè)未來的發(fā)展趨勢。隨著2014 年我國允許民營企業(yè)制造衛(wèi)星，大量企業(yè)率先進入衛(wèi)星制造行業(yè)。中國航天科技集團有限公司及中國航天科工集團有限公司兩大集團下屬企業(yè)紛紛進入商業(yè)衛(wèi)星制造領(lǐng)域，中國科學(xué)院上海微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院也陸續(xù)為商業(yè)衛(wèi)星市場提供自己的產(chǎn)品。與此同時，長光衛(wèi)星、天儀研究院、微納星空、歐科微、零重力空間等民營商業(yè)衛(wèi)星公司也陸續(xù)推出自己的商業(yè)衛(wèi)星產(chǎn)品，涵蓋通信、遙感、導(dǎo)航增強、科學(xué)實驗、技術(shù)研制、教育娛樂等各種類型。據(jù)有關(guān)機構(gòu)統(tǒng)計，截至2020 年，國內(nèi)已注冊的商業(yè)航天企業(yè)已達313 家，其中衛(wèi)星制造企業(yè)約84 家，多家公司提出了自己的商業(yè)衛(wèi)星/星座發(fā)射計劃。

3.國內(nèi)現(xiàn)有測運控運行體系難以適應(yīng)純商業(yè)衛(wèi)星的要求

衛(wèi)星測運控包括測控和運控兩部分，目前我國軍民用航天系統(tǒng)中除中繼衛(wèi)星系統(tǒng)是測運控一體外，其他航天系統(tǒng)測控、運控大多是分頭管理的。測控業(yè)務(wù)主要由西安衛(wèi)星測控中心、衛(wèi)星通信中心等中心提供服務(wù)；運控系統(tǒng)則主要由各個系統(tǒng)的用戶建設(shè)管理，如海洋衛(wèi)星應(yīng)用中心、氣象衛(wèi)星運管中心和中國衛(wèi)通集團股份有限公司。但近年來，由于軍隊改革、政策和體制機制等因素制約，現(xiàn)有測運控技術(shù)存在迭代較慢且每次迭代更新不徹底、多個不同時期衛(wèi)星測運控平臺并存、多種實現(xiàn)技術(shù)交織并行、流程復(fù)雜且自動化智能化水平不高等問題，難以適應(yīng)商業(yè)航天飛速發(fā)展形勢下測運控技術(shù)創(chuàng)新需求。

4.商業(yè)航天測運控專業(yè)公司紛紛成立

自2015 年開始，我國開始出現(xiàn)商業(yè)航天測運控公司，為各類商業(yè)衛(wèi)星和航天愛好者科學(xué)實驗衛(wèi)星任務(wù)提供測運控服務(wù)，同時也開啟了對航天測運控商業(yè)化模式的有益探索。2018 年9 月26 日，國家工業(yè)與信息化部頒發(fā)了我國首個第三方衛(wèi)星測控站電臺執(zhí)照，這標(biāo)志著我國商業(yè)航天測運控行業(yè)規(guī)范的正式建立與實施，表明國家開始支持商業(yè)航天的發(fā)展，行業(yè)管理開始走向完善。從2019 年開始，多家商業(yè)衛(wèi)星運營公司的多項低軌衛(wèi)星星座計劃從空間技術(shù)驗證階段逐漸轉(zhuǎn)入業(yè)務(wù)型衛(wèi)星密集部署階段，提供低成本、高可靠、專業(yè)化并重的商業(yè)測運控服務(wù)已成為市場對商業(yè)航天測運控公司的明確要求。受市場需求驅(qū)動，多家商業(yè)航天測運控公司紛紛成立，市場初步形成（見表1）。

二、制約商業(yè)航天測運控快速發(fā)展的主要因素

1.商業(yè)化運營水平偏低

國內(nèi)現(xiàn)有商業(yè)航天測運控公司多以傳統(tǒng)衛(wèi)星測運控服務(wù)為主，面向市場的功能性拓展和定制化服務(wù)很少。國際上典型的商業(yè)航天測運控公司，如瑞典空間公司（SSC）、挪威康斯伯格衛(wèi)星服務(wù)公司（KSAT）和美國RBC Singal 公司等，都具備如下特征：一是站點設(shè)置全球化。即要為用戶提供優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，必須在全球范圍內(nèi)建立測控站點，否則會出現(xiàn)服務(wù)盲區(qū)，丟失市場份額。二是提供服務(wù)多元化。即為提升商業(yè)價值，必須提供除簡單測運控業(yè)務(wù)之外的多元化服務(wù)，如衛(wèi)星頻率和軌位的申請、在軌安全評估、應(yīng)急響應(yīng)搶救、衛(wèi)星載荷數(shù)據(jù)傳輸、測控站設(shè)備及軟件集成咨詢等，尤其是提供數(shù)據(jù)的增值服務(wù)。三是商業(yè)模式靈活。即為了提升測運控服務(wù)水平，采用多種商業(yè)模式提供服務(wù)，如按時長、軌道數(shù)收費，或可提供專屬定制服務(wù)等。然而，對標(biāo)SSC 發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)缺乏全球全面布站的大型企業(yè)；對標(biāo)KSAT 發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)在多元化服務(wù)方面還需發(fā)展；對標(biāo)RBC Singal 發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)在商業(yè)模式創(chuàng)新方面還存在差距。

表1 我國主要商業(yè)測運控公司

2.技術(shù)創(chuàng)新能力不足

隨著航天領(lǐng)域飛行器的發(fā)展，我國的測控技術(shù)也有了長足進步，已呈現(xiàn)出高精度測量和衛(wèi)星測控網(wǎng)互相輔助的交叉性協(xié)作趨勢。而我國的商業(yè)航天測運控公司大多處于初創(chuàng)階段，公司規(guī)模小，缺乏資金持續(xù)投入，難以支撐全球測運控網(wǎng)建設(shè)的巨額投資及技術(shù)創(chuàng)新所需的持續(xù)研發(fā)投入。同時，航天測運控系統(tǒng)內(nèi)工作的專業(yè)技術(shù)骨干主要集中在西安衛(wèi)星測控中心，商業(yè)測運控公司對專業(yè)技術(shù)人才的吸引力不夠，導(dǎo)致商業(yè)航天測運控公司專業(yè)化水平不高、人才創(chuàng)新能力有限。

3.測控站全球化布局遲緩

航天測控網(wǎng)由測控中心、若干測控站、通信鏈路和測控軟件組成。測控站應(yīng)盡可能地提高覆蓋率，因此在充分利用國內(nèi)條件的基礎(chǔ)上，可考慮在國外建立測控站。雖然目前的測控站建設(shè)技術(shù)已經(jīng)可實現(xiàn)自動化監(jiān)控管理、無人值守，大幅降低了后期的維護和運行成本，但是國際測控站的建設(shè)要按照項目所在地的法律法規(guī)完成項目立項、土地及建設(shè)規(guī)劃、施工報建、環(huán)評等各種審批手續(xù)，辦理程序復(fù)雜，周期冗長?？紤]到目前復(fù)雜的國際環(huán)境，在國外建設(shè)和維護測控站的成本較高，需要大量的人力和資源支持。目前國內(nèi)商業(yè)航天測運控公司大多處于初創(chuàng)階段，公司規(guī)模小，缺乏長期持續(xù)投入的資金，導(dǎo)致測控站的全球化布局遲緩，僅有個別企業(yè)在國際上完成了布站。

三、我國商業(yè)航天測運控發(fā)展趨勢

據(jù)不完全統(tǒng)計，未來10 年內(nèi)我國將有4000 顆左右的商業(yè)衛(wèi)星發(fā)射計劃。這些大型衛(wèi)星星座和數(shù)量眾多的在軌衛(wèi)星不僅對發(fā)射能力提出大量需求，也給商業(yè)航天測運控系統(tǒng)帶來了龐大的客戶群和巨大的市場機遇。根據(jù)預(yù)期的商業(yè)衛(wèi)星數(shù)量、現(xiàn)有國內(nèi)商業(yè)測運控普遍市場價格、定制服務(wù)的價格標(biāo)準(zhǔn)及未來發(fā)展趨勢，預(yù)計10 年之內(nèi)衛(wèi)星測運控業(yè)務(wù)產(chǎn)值將達到100 億左右，再加上數(shù)據(jù)增值服務(wù)及未來為國內(nèi)民星和國外客戶服務(wù)等模式，航天測運控服務(wù)的市場將會達到數(shù)百億量級。未來商業(yè)航天測運控系統(tǒng)將成為包括設(shè)備設(shè)施、協(xié)調(diào)管理、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)則、運營模式在內(nèi)的聯(lián)合體，是一個適應(yīng)多用戶群體、大規(guī)模服務(wù)對象、架構(gòu)開放、機制靈活、覆蓋全球的應(yīng)用信息體，具有渠道互聯(lián)互通、設(shè)施公用共享、技術(shù)創(chuàng)新突破、國際合作布站等特征。具體包括以下5種趨勢。

1.從傳統(tǒng)模式向智能化測運控發(fā)展

未來在軌衛(wèi)星測運控服務(wù)需求大幅增加，地面測運控體系將面臨站網(wǎng)滿負荷運轉(zhuǎn)、任務(wù)人員高強度工作的問題，因此測運控業(yè)務(wù)未來必須要向智能化方向發(fā)展。一是建立衛(wèi)星測運控一體化的無人值守地面管理系統(tǒng)，僅用一套地面設(shè)備實現(xiàn)多顆低軌衛(wèi)星的測控和運控管理工作。二是建立“有需求、有服務(wù)，無需求，不打擾”的星地工作模式，星上采取主動請求式按需管控，充分利用星上先進計算能力、智能信息處理能力，可以自主向地面發(fā)出請求，從而實現(xiàn)真正意義上的“按需管控”，減輕地面負擔(dān)。三是逐步采用隨機接入管控模式，借鑒蜂窩移動網(wǎng)絡(luò)的隨機接入機制，將衛(wèi)星、測控站分別作為移動終端和基站，將單圈次測控過程看作一次移動終端與基站的數(shù)據(jù)交互，在地基測控網(wǎng)中引入隨機接入技術(shù)。

2.從單星測運控向多星測運控發(fā)展

當(dāng)前在軌運行的商業(yè)衛(wèi)星數(shù)量也呈幾何式增長，任務(wù)需求日趨多樣，任務(wù)模式日益復(fù)雜，在軌管理包括衛(wèi)星編隊、衛(wèi)星星群、衛(wèi)星星座等多種新需求，可見多樣化測運控需求時期即將到來，這必然對測運控用網(wǎng)提出了更高要求。因此，商業(yè)航天測運控必須發(fā)展多顆在軌衛(wèi)星的高效測運控管理，提高多任務(wù)并行管理、星座及飛行編隊協(xié)同控制、異常處置、碰撞規(guī)避和自動化任務(wù)操作等能力，增強健康狀態(tài)評估、在軌快速維護和空間資源重組能力，推動智能化、無人化、精細化測運控技術(shù)突破，提升多星在軌管理的綜合管理效益，實現(xiàn)低成本運營。

3.從衛(wèi)星測運控向多元化發(fā)展

未來在軌衛(wèi)星數(shù)量龐大，衛(wèi)星測運控業(yè)務(wù)也將慢慢由普通衛(wèi)星測運控向多元化服務(wù)發(fā)展。一是火箭測控商業(yè)化。隨著商業(yè)發(fā)射慢慢成熟，火箭測控也可逐步實現(xiàn)商業(yè)化，高效的火箭測控任務(wù)可為各類火箭的發(fā)射做好保障工作。二是空間安全評估預(yù)警。在軌衛(wèi)星數(shù)量的幾何式增長降低了空間安全系數(shù)，利用衛(wèi)星測運控來提升空間安全性分析能力，可以實現(xiàn)對空間平臺安全、空間活動安全的有效評估和提前預(yù)警。三是快速調(diào)度衛(wèi)星資源。針對空間事件的快速反應(yīng)，衛(wèi)星測運控網(wǎng)絡(luò)必須具備快速響應(yīng)各類任務(wù)需求的能力，實現(xiàn)對發(fā)射、變軌、碰撞、隕落、解體、爆炸等多類型空間事件的快速響應(yīng)和分析評估，并實現(xiàn)網(wǎng)內(nèi)資源的快速調(diào)度保障。

4.形成全域資源綜合監(jiān)控能力

目前空間信息網(wǎng)絡(luò)在管理與使用中呈現(xiàn)出高度復(fù)雜化趨勢，一方面，網(wǎng)內(nèi)功能實體類型多樣、性能差異大、多代設(shè)備并存，傳統(tǒng)管理手段難以為繼；另一方面，測運控數(shù)傳任務(wù)越來越復(fù)雜，個性化需求尤其是快速響應(yīng)需求越來越多。因此，在目前地基測運控網(wǎng)管理的基礎(chǔ)上，商業(yè)航天測運控推進高效敏捷的信息化管理勢在必行。測運控業(yè)務(wù)需要發(fā)展星間鏈路管理和天地一體化空間網(wǎng)絡(luò)管理能力（包括資源調(diào)度、狀態(tài)配置、集中監(jiān)控等），提高系統(tǒng)快速重組、靈活擴展能力，智能化、集約化運行能力，以及全網(wǎng)支持效率和響應(yīng)速度，實現(xiàn)遠程集中操控、參數(shù)集中配置、狀態(tài)自動檢測、自主跟蹤運行、遠程故障診斷等全域資源綜合監(jiān)控，實現(xiàn)星間鏈路、星地鏈路、地面鏈路的統(tǒng)一管理，形成從航天器到終端用戶的“端到端”網(wǎng)絡(luò)化、全鏈路管理能力。

5.從測運控產(chǎn)業(yè)向數(shù)據(jù)應(yīng)用發(fā)展

航天產(chǎn)業(yè)的最終價值實現(xiàn)體現(xiàn)在應(yīng)用，特別是空間數(shù)據(jù)的應(yīng)用上，衛(wèi)星測運控的目的也是得到可利用的各類通、導(dǎo)、遙載荷應(yīng)用數(shù)據(jù)。因此，未來衛(wèi)星測運控業(yè)務(wù)將與衛(wèi)星數(shù)據(jù)應(yīng)用緊密集合。商業(yè)航天測運控應(yīng)在提供衛(wèi)星測運控服務(wù)的基礎(chǔ)上，針對用戶特定需求，開展個性化服務(wù)，向用戶提供全球數(shù)據(jù)接收站網(wǎng)接收的數(shù)據(jù)，以及數(shù)據(jù)共享、數(shù)據(jù)交換與分發(fā)服務(wù)；在數(shù)據(jù)存儲與管理系統(tǒng)的模式上，發(fā)展云平臺空間數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)，并通過標(biāo)準(zhǔn)的信息交換協(xié)議，向各類用戶提供衛(wèi)星接收數(shù)據(jù)的深加工、共享、分發(fā)等服務(wù)；利用當(dāng)前快速發(fā)展的人工智能技術(shù)，在衛(wèi)星數(shù)據(jù)應(yīng)用方面開展研究，提供行業(yè)應(yīng)用服務(wù)。

四、商業(yè)航天測運控公司發(fā)展對策建議

基于以上分析，商業(yè)航天測運控作為商業(yè)航天系統(tǒng)中專業(yè)且獨立的樞紐環(huán)節(jié)，將發(fā)揮更大的作用。精細化的市場分工決定了商業(yè)衛(wèi)星研制/擁有方主要聚焦商業(yè)衛(wèi)星研制生產(chǎn)和衛(wèi)星數(shù)據(jù)深度應(yīng)用，所以衛(wèi)星在軌運行的控制管理必須由高水平專業(yè)化服務(wù)公司承擔(dān)。商業(yè)衛(wèi)星測運控客戶選擇服務(wù)企業(yè)的主要考量包括團隊、技術(shù)、專業(yè)、經(jīng)驗、設(shè)施、服務(wù)、價格等多方因素，因此，商業(yè)航天測運控公司提高市場競爭力需要從以下4 個方面入手。

1.提高核心技術(shù)能力，主動布局大型星座測運控

全球?qū)Ш?、通信及遙感等一些衛(wèi)星任務(wù)需要多顆衛(wèi)星按照一定規(guī)則和形狀組網(wǎng)，使地球上任意地區(qū)在任意時間都能被系統(tǒng)中至少一顆衛(wèi)星覆蓋。目前國內(nèi)宣布商業(yè)星座計劃的主要有航天科技集團的“鴻雁”星座、航天科工集團的“虹云”和“行云”計劃、銀河航天銀河Galaxy 星座、國電高科“天啟”星座、合德宇航“天行者”星座、九天微星“物聯(lián)網(wǎng)”星座、天儀研究院“天格”計劃、零重力空間“靈鵲”星座等。這些星座計劃規(guī)模都有上百顆衛(wèi)星，對測運控的技術(shù)和管理能力都提出了很高要求。相關(guān)企業(yè)可以通過行業(yè)內(nèi)資源整合和業(yè)務(wù)合作承接大型星座測運控業(yè)務(wù)，這對提高技術(shù)水平和品牌影響力都具有重要意義。

2.提高測控站覆蓋率，盡量實現(xiàn)全球布站

目前國內(nèi)的商業(yè)航天測運控網(wǎng)建設(shè)大多采用國內(nèi)“大三角”布局測控站建設(shè)，即在我國東北、海南和西北分別建設(shè)測控站。經(jīng)分析，“大三角”布局后的全球測控圈次覆蓋率僅能達到47%，時間覆蓋率僅能達到8.86%。若在全球范圍內(nèi)選擇合適地點增加一個國際測控站，則圈次覆蓋率可提高到70%以上，時間覆蓋率僅能達到16%以上，而且測控范圍重疊小，測控網(wǎng)性價比高。因此，為了承攬全球性星座計劃的測控業(yè)務(wù)，衛(wèi)星測運控公司在我國境內(nèi)不僅要實現(xiàn)國內(nèi)測控全覆蓋，還要通過自建自用、業(yè)務(wù)合作或購買服務(wù)等多種方式增加在全球建設(shè)的測控站數(shù)量，提高時空覆蓋率。

3.重視數(shù)據(jù)應(yīng)用業(yè)務(wù)，逐步提供多元化服務(wù)

在提供衛(wèi)星測運控服務(wù)的基礎(chǔ)上，衛(wèi)星測運控公司要發(fā)展星座軌道設(shè)計、頻率與軌位申請、測控站軟硬件集成、工程實施咨詢等多元化服務(wù)，拓展市場應(yīng)用方向，帶動客戶資源上漲，提前布局搶占市場。同時，借助云計算、大數(shù)據(jù)和5G 技術(shù)發(fā)展契機，推動產(chǎn)業(yè)鏈下游應(yīng)用，將數(shù)據(jù)傳輸、接收、存儲和轉(zhuǎn)發(fā)等多種類增值服務(wù)作為未來發(fā)展的重要業(yè)務(wù)方向之一。

4.提高運行效率，降低管理成本

在國內(nèi)具備發(fā)展商業(yè)航天的大環(huán)境以后，成本過高就會成為制約商業(yè)航天發(fā)展的突出問題。有效減少商業(yè)衛(wèi)星的投入成本，不僅需降低研制成本，而且要更多著眼于衛(wèi)星在軌運行的管理成本。因此，商業(yè)測運控公司必須致力于提高商業(yè)衛(wèi)星測控、數(shù)傳星地鏈路等一體化管理的能力，降低測運控服務(wù)的組網(wǎng)、維護、運行等成本，從而減少用戶衛(wèi)星在軌運行管理成本。

航天測運控是航天工程的重要組成部分，伴隨著商業(yè)航天的發(fā)展，測運控技術(shù)及商業(yè)模式必將迎來新的變革。本文基于我國商業(yè)航天實際情況，對標(biāo)國際典型航天測運控企業(yè)，總結(jié)了未來商業(yè)測運控發(fā)展趨勢，并提出了測運控公司的發(fā)展策略。不過商業(yè)航天測運控面臨的技術(shù)難題、需要的巨大資金投入及存在的國際間政策壁壘等問題仍需要政府加強政策支持，以鼓勵和規(guī)范商業(yè)航天測運控行業(yè)持續(xù)健康發(fā)展。