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如何让民营航天企业更有竞争力?北京开出四道“药方”

2021-03-11 15:01:14来源:互联网

日历翻回到1970年的4月24日。长征一号运载火箭搭载东方红一号卫星成功发射升空,顺利入轨,惊艳世界。

“长征一号”是中国研制的第一枚运载火箭,“东方红一号”是中国发射的第一颗人造地球卫星。两个“一号”研制者分别是航天科技一院和航天科技五院,“坐镇”京城南北。几十年后,北京的航天产业深耕“南边造火箭、北边造卫星”的布局,出现了一支蓬勃的生力军。

南边的星际荣耀、星河动力、蓝箭航天等火箭公司,北边的九天微星、银河航天、千乘探索等卫星公司,虽然成立年头只有三五年,却接连创造出中国第一枚民营运载火箭、第一颗走通商业全流程的民营卫星等一批航天新纪录。仰望星空,各国“卫星互联网”计划应运而生,北京的“南箭北星”生力军正从“研”走向“产”,攻下一个个技术山头,向星辰大海继续进发。

火箭卫星也可以姓“民”

2018年10月27日下午4时,见证了无数次中国航天奇迹的酒泉卫星发射中心迎来“新面孔”——我国研制的第一枚民营运载火箭“朱雀一号”。口令一下,“朱雀一号”点火升空、冲向云霄。起初一切正常,火箭一二级顺利分离,但几分钟后三级出现异常,入轨失败。

“朱雀一号”虽然失败,但依旧赢得掌声。有人评价,在一直由“国字头”火箭占据的发射基地里,能竖起一枚民营火箭,已是一种胜利。

这枚火箭诞生在北京。2014年底,《国务院关于创新重点领域投融资机制鼓励社会投资的指导意见》出炉,明确鼓励民间资本进入航天领域。2015年成为中国民营航天的元年,当年6月,蓝箭航天成立,成为国内第一家取得全部准入资质的民营运载火箭企业。也就是说,蓝箭航天成立仅3年就把“朱雀一号”带到了酒泉。

这次失利并未让年轻的航天人望而却步。9个月后,同处北京亦庄“火箭街区”的星际荣耀公司成功发射“双曲线二号”火箭,终于实现了中国民营商业航天运载火箭首次成功发射并高精度入轨。紧接着,星河动力公司也成功发射“谷神星一号”,民营火箭第一次成功入轨500公里太阳同步轨道。

巧合的是,同样在2015年6月,九天微星公司成立。也是用了3年,九天微星自主研发的首颗卫星“少年星一号”顺利升空,成为中国首颗走通研制、发射、测控和应用全流程的民营卫星;当年底,九天微星“瓢虫系列”七颗卫星成功发射入轨,主星“瓢虫一号”成为中国民营商业航天首颗百公斤级卫星。

成立不到3年的银河航天紧跟而上,2020年1月16日,“银河航天首发星”发射成功,该卫星也是我国由民营公司生产的唯一在轨的宽带互联网卫星,在国际上第一次验证了低轨Q/V/Ka频段通信,成功实现了低轨宽带通信卫星的山区、滨海地区、雪后湖边等场景的实地应用测试,完成了全球首次通过低轨卫星互联网链路完成运营商公网中5G基站的开通和测试。

“民营商业航天具有灵活、高效的优势,对我国加速低轨宽带卫星互联网建设具有重要战略意义。”银河航天负责人举例,首发星的研制过程中进行了大量低成本和批产化尝试,如模块化设计、定制化接口芯片、工业化生产加工,大大降低了研制成本、缩短了研制周期。

数据显示,国内从事卫星网络产业的单位约有200家,北京市约有90家,数量在全国有一定优势。本市现有的卫星网络企业涉及火箭、卫星、测控、地面终端、运营服务各产业环节,其中一大批企业是民营航天新势力。

市经信局相关负责人介绍,北京造箭企业主要依托航天科技一院,第一梯队有星际荣耀、星河动力、蓝箭航天,第二梯队也有星途探索、凌空天行、九州云箭、翎客航天;造星企业主要依托航天科技五院,第一梯队的九天微星、银河航天、千乘探索,以及开展航天测控和长管运行的宇航智科、航天驭星、天链测控,地面终端的华镁钛在海淀区注册。这也意味着,北京“南箭北星”卫星网络产业格局基本形成。

生力军突破火箭回收关键技术

目光投向美国肯尼迪航天中心。当地时间2021年 3月 4日凌晨3时24分,SpaceX公司的“猎鹰9号”火箭第八次发射成功,将60颗“星链”卫星送入距离地球550公里的轨道上。按规划,这款火箭助推器可重复使用10次。

火箭也能回收重复使用?在北京,星河动力公司也正研发中国版的“猎鹰9号”——“智神星一号”。

相比2020年成功发射的“谷神星”固体火箭,智神星是一款液体运载火箭,亮点在于可回收。星河动力CEO刘百奇把“智神星”液体火箭比作“大巴车”,运载能力强,单次发射可携带多颗卫星,适合大规模的星座组网;而“谷神星”固体火箭更像“出租车”,运载能力相对较小,但发射更加灵活、快捷,适合微小卫星零散发射或星座补网。

据国泰君安证券相关研究测算,未来10年,国内低轨卫星系统中,卫星规模有望达到3000-6000颗的水平。2030年,中国卫星互联网总体市场可达到千亿规模。这也就给高可靠、低成本的新一代可重复使用商业运载火箭带来了很多机会。

但对于“失之毫厘谬以千里”的航天产业来说,可回收火箭虽然低成本,但对关键技术要求极高。“既然要回收,那就需要火箭的发动机和相关系统更精准控制火箭的速度、角度。”刘百奇说,经过多年的酝酿、准备和研究,目前已经完成了“智神星一号”中型液体火箭详细设计,完成了主动力系统——50吨推力量级液氧/煤油发动机核心组件研制,突破了火箭垂直回收制导控制的关键技术,为2022年液体火箭入轨首飞奠定了基础。

据悉,这款液体火箭发动机是中国第一款、世界第二款深度变推力、重复使用液氧/煤油发动机,创新性地突破了多回流涡异型燃气发生器、双吸同轴高速涡轮泵、可变面积针栓喷注器等关键技术,可实现25%到125%的超宽变推比、50次的设计重复使用次数,达到国内领先、国际先进水平。

不仅如此,蓝箭航天也已经验证了中大型液氧甲烷火箭的各项关键技术,为首飞做准备。此前,蓝箭航天完成了80吨液氧甲烷发动机研制,符合国际新一代动力系统无毒、环保、无污染的技术发展趋势,目前全球只有三家商业火箭公司实质上掌握了液氧甲烷火箭发动机核心技术。

多份专业报告披露,北京是卫星互联网产业链上下游多个重点国有企业和民营企业的总部基地,尤其在卫星制造和发射环节、卫星运营及服务环节的重点企业数目位居全国前列,同时在高校科研院所数量方面全国领先,创新资源聚集。这正为一项又一项关键技术突破打下基础。

批量生产助力太空“织”网

“星链”一出,促发多国加紧布局低轨星座。有数据显示,目前已经发布的全球通信卫星星座计划超过25个,计划发射卫星数量超过10万颗。2020年4月,国家发改委首次将卫星互联网纳入“新基建”范畴。

所谓“卫星互联网”,就是依靠天上的卫星提供高速互联网服务。根据中国信通院发布的《6G概念及愿景白皮书》,5G时代仍将有80%以上的陆地区域和95%以上的海洋区域无移动网络信号。“5G的连接对象集中在陆地地表10公里以内高度的有限空间范围,无法实现‘空天海地’无缝覆盖的通信愿景。”九天微星创始人谢涛解释,建设覆盖更广、带宽更大、时延更低、可靠性更高的卫星互联网,作为地面通信的有益补充手段,是弥补全球数字鸿沟的关键。

银河航天合伙人、副总裁刘畅也解释,卫星通信覆盖范围广、部署快,不受地面环境影响的特性,可作为地面5G网络的补充,将承担连接地球上目前还没有网络连接的30亿人的重任。“未来,卫星互联网将作为地面通信补充,在地震、泥石流等区域性灾害发生时,为灾区提供快速及时的应急网络接入服务,还将为网络覆盖不足的偏远、欠发达地区以及近海海域和岛屿提供天基通信网络。”

不过,要想用上卫星互联网,前提是在太空中先让卫星互联成网,“星链”计划在2024年之前要完成1.2万颗卫星的发射,远期数量还将达到4.2万颗。

“在较短的时间内发射大量卫星,让百公斤级卫星的批量化生产成为行业刚需,实现短周期、低成本互联网卫星的批量化生产,成为全产业链亟待解决的首要问题。”谢涛已将工业化的生产方式引入卫星制造领域,率先在河北省唐山市启动脉动式智能化卫星工厂建设,打造全球领先的“批量化、自动化、智能化、柔性化”卫星制造与研发基地。

唐山卫星工厂将装配国内首个脉动式卫星智能生产线,可确保在短周期、低成本的情况下,灵活批量化生产50公斤级至700公斤级卫星,一期工程建成后可实现年产100颗卫星的产能。其中,智能化的仓储物流管理确保每一个零部件都拥有唯一“身份证”,实现生产过程可视化和产品全生命周期的质量追溯;生产组装全程使用AGV搬运机器人和自动组装机器人等自动化设备,最大限度提高效率、降低成本;合装好的卫星将在整星试验区进行热试验测试、载荷天线安装展开试验、太阳翼装配及展开试验、力学试验等一系列严苛的大型试验考核。

2020年1月16日,银河航天首发星发射成功,成为我国由民营公司生产的唯一在轨的宽带互联网卫星。刘畅说,为了给银河首发星“减肥”、降低发射成本,在首发星的制造中创新应用了3D打印技术以压缩空间,将载荷波导互联的空间压缩到传统波导占用空间的三分之一。

很快,低成本工业化生产线也将建成。2020年7月,银河航天完成年产30套的卫星载荷批产示范线建设,并不断探索低成本卫星批产可行路径,持续构建卫星商业化供应链体系,即将在2021年第一季度建成年产30颗的卫星总装批产示范线;正在建设年产100颗的卫星智能制造工厂,向年产500颗产能迈进。

优化营商保驾护航

卫星互联网的商业价值越来越凸显,引得世界各国的科技巨头加紧布局。有报告预测,到2025年全球低轨通信卫星在轨数量将突破2.2万颗,这背后是轨道频率资源竞争愈发加剧。

地球近地轨道可容纳约6万颗卫星,随着各方加紧布局,轨道可用空间正距离饱和越来越近。2019年,国际电信联盟(ITU)修订了非地球同步轨道(NGSO)卫星星座的部署要求:申请后的七年内必须发射第一颗卫星,9年内必须发射总数的10%,12年内完成总数的60%,14年内必须全部完成。这就更加考验卫星互联网布局的综合实力。

如何让刚刚崛起的航天新势力更具竞争优势?航天产业投入资金多、回报周期长,对人才、设施的需求格外大,又该如何扫除发展障碍?

“相关技术都需要先在地面进行大量的实验,满足性能指标要求后才能逐步进行飞行实验,这方面没有捷径可走,只有一步一步、扎扎实实,才能行稳致远。”市经信局相关负责人说,目前民营企业从事火箭、卫星研制大都处于创新发展的初期,距离大规模产业化、批量化生产还有一段路要走。

结合卫星网络产业现有的基础和空间布局,本市提出要发挥“南箭北星”辐射引领作用:在大兴区、经开区建设商业航天产业基地以及商业火箭创新中心,做强“南箭”;在海淀区建设商业卫星产业基地和星座运控、运营平台,做强“北星”;丰台区将发挥央企、军工优势,承接溢出项目,其他各区错位发展,形成协作互补。

一批支持卫星互联网产业发展的政策措施正在落地,帮企业破解难题。尤其在企业格外关心的完善投融资机制方面,北京开出四道“药方”。

基金上,计划依托市级高精尖产业基金等引导基金,支持社会机构合作设立卫星网络、商业航天领域的子基金,再通过子基金对符合要求的项目进行股权投资。

资金上,对企业在京开展厂房及生产线建设、技术改造、制造业服务业融合、产业服务平台及中试检测平台、星座组网、地面系统集成、重大应用场景等建设项目和卫星网络前沿关键技术研发等给予支持,进一步降低企业在研发生产环节的成本。

融资上,重点做好前置服务,将符合条件的企业纳入北京企业上市综合服务平台,支持企业在科创板、新三板、主板上市融资。

保险贴费上,对在京依法从事商业火箭、卫星研发、生产或发射经营等活动的企业,给予商业航天发射保险不超过50%的贴费,引导企业用市场化模式降低创新风险,这一政策在全国属首次。

除此之外,本市还提出实施空间共享的思路:相似类型项目入驻时,适当调整项目评价考核标准,本着避免重复建设的原则,鼓励先入园的企业考虑后续入园企业的使用需求,对火箭、卫星总装集成测试厂房等设施开放共享,探索企业协同发展新模式。同时,本市还将以2022年北京冬奥会为重大应用场景,推广卫星网络先进技术,坚持“能用尽用”推广原则,鼓励交通、民生服务等领域新上项目。

“在下一步工作中,我们将和市科技主管部门联动,结合企业和产业发展的特征和诉求,重点支持一批卫星网络项目,在抓科研的同时,作好产业化工作,为将来形成工业化、规模化的生产能力打基础。”相关负责人介绍,根据计划,“十四五”末,本市将构建具有引领性的卫星网络星座和运营平台,形成卫星网络标准体系,拓展一批卫星网络重大应用场景,打造覆盖火箭、卫星、地面终端、运营服务及核心软硬件、系统运控的卫星网络全产业链,培育北斗创新及融合应用的产业生态,支撑“十四五”北京经济高质量发展。

关键词: 如何 民营 航天 企业

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