中國第一家商業遙感衛星公司如何給衛星降成本？

瞭望 | 中國第一家商業遙感衛星公司如何給衛星降成本？

星載一體化技術、載荷平臺融合設計等，讓長光衛星生産的衛星“體重”大幅降低——“吉林一號”高分03星“體重”已降至40公斤，重量只有第一代衛星的1/10

科學合理分解衛星形成過程，對衛星實施批量化生産，可進一步解放人力、降低成本。“過去在衛星系統測試環節，一顆星需要兩個人、兩個月完成，如今6顆星並行測試，一個人、一個月即可完成。”

“吉林一號”星座可對全球任意地點實現每天23到25次重訪

從北斗衛星導航系統到天問一號火星探測器，從嫦娥工程到中國空間站建設，從火箭不斷升級到頻繁成功發射各種各樣的衛星，中國航太事業近年捷報頻傳，書寫著航太人的“中國夢”。

對很多人而言，包括衛星在內的航空航太領域一直比較神秘，對其認知大都來自教科書、電視畫面、手機視頻。諸如一顆衛星有多重、一顆衛星值多少錢等問題，還沒有準確的答案。

作為中國第一家商業遙感衛星公司，以及東北首家、吉林省唯一的獨角獸企業，年輕的高科技公司長光衛星技術股份有限公司(下稱長光衛星)，正在作出自己的回答。

“吉林一號”星座加速組網

8月10日12時50分，我國在太原衛星發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)、雲遙一號04-08星(“吉林一號”紅外A01-05星)等16顆衛星發射升空，衛星順利進入預定軌道，發射任務圓滿成功。

此次發射任務，創下單次發射“吉林一號”衛星數量最多的紀錄。

16顆衛星入軌後，將與在軌的54顆“吉林一號”衛星組網。至此，“吉林一號”在軌衛星數量增至70顆，標誌著“吉林一號”星座第一階段建設任務圓滿完成。

據悉，這16顆衛星的投入使用，將顯著提升“吉林一號”星座的數據獲取和資訊服務能力。

“吉林一號”是我國首組自主研發的商用遙感衛星星座，由長光衛星自主研發運營。

長光衛星是一家從科研院所——中國科學院長春光學精密機械與物理研究所(下稱長春光機所)走出的企業。

長春光機所始建於1952年，是新中國成立的第一個以光學為主要研究領域的科研機構。該所曾先後參加“兩彈一星”“載人航太工程”等多項國家重大工程項目，為我國國防建設、經濟發展和社會進步作出重要貢獻，被譽為中國“光學的搖籃”。

2005年，時任長春光機所所長的宣明跟大家分析，通過對國內外發展形勢的調研，航太事業一定會從計劃經濟走向市場經濟，以載荷為核心的整星設計技術就是走向市場的“敲門磚”，所裏可通過相關技術積累，讓其産生更多經濟效益。

精於製造光學相機，但從未製造過衛星，長春光機所要不要跨過這個關口？幾番討論，他們最終決定突破自我，爭取掌握“造衛星”的核心技術。

此後十年，團隊摸著石頭過河，起早貪黑默默幹，攻克了衛星平臺和載荷結構一體化、熱控一體化、快速整合測試技術等一個個技術難關。

2014年，相關技術終於成熟，是考慮商業化運作的時候了。

這年12月，長光衛星正式成立。公司由吉林省政府、長春光機所、社會資本及技術骨幹等共同出資，總註冊資金19.7億元。

長光衛星正式運作後，生産和發射小衛星的工作緊鑼密鼓展開。2015年10月，公司自主研發的“吉林一號”組星成功發射，開創了我國商業衛星應用的先河，同時也創造了由一個研發團隊一箭成功發射四星的歷史。

“吉林一號”衛星是我國第一顆自主研發的商用高解析度遙感衛星，我國第一顆自主研發的“星載一體化”商用衛星，我國第一顆自主研發的米級高清動態視頻衛星，也是我國第一次以靈巧方式在軌成功成像、國産CMOS第一次在軌技術驗證。

自2015年10月一箭四星發射成功以來，“吉林一號”星座工程已進行21次發射。

給衛星降“體重”

長光衛星黨委書記、副總經理賈宏光介紹，2015年升空的一組四顆“吉林一號”衛星的生産，跨過傳統的“平臺載入荷”設計方式，採用星載一體化技術。

賈宏光分析説，傳統的“平臺載入荷”設計，載荷和平臺界限分明，載荷要根據平臺的設計調整，衛星的重量、體積難以靈活安排。而星載一體化技術增加了載荷設計的靈活性，重量、體積可通過設計進一步下降。“同樣一個亞米級衛星，我們把重量控制到400多公斤，衛星研製成本大約在8000萬元。”

這還遠遠不夠——對商業衛星來説，成本依舊太高。據了解，“星載一體化”設計雖然實現了以載荷為中心，平臺圍繞載荷需求，但仍保留了較多獨立結構功能，電子學軟硬體也只是部分整合。

為符合商業化發展路線、進一步降低成本，長光衛星以技術創新為手段，從星載一體化技術向載荷平臺融合設計邁進。

2019年發射的“吉林一號”高分03A星，第一次採用“載荷平臺融合設計”理念，大幅減少平臺結構，電子學軟硬體高度整合，有效載荷比顯著提升。

長光衛星綜合電子研究室主任鄒吉煒介紹，從原始機理設計上，電子學很多部組件可共用一個處理器，確保電路上節省很多空間，進一步降低成本。從結構設計上，過去很多執行單一結構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隔離雜散光的遮光罩使用，同時還能作為整星承力結構進行整星部組件的安裝。

空間節省後，衛星“體重”大幅降低。據悉，“吉林一號”高分03星“體重”已降至40公斤，重量只有第一代衛星的1/10，但降重量不降指標，解析度始終保持在0.75米的高水準。

“重量降低，火箭運載成本隨之減少。過去能發射一顆星的價格，如今可以發射10顆星。”賈宏光説。

從單星研製到批量生産

降成本的秘訣不光是給衛星“減重”。

據了解，長光衛星起初採用單星生産模式，即整個研發隊伍全部圍繞一顆星的各項工作從事研發、組裝、實驗等任務。

為進一步降低成本並提升星座規模，自2018年起，長光衛星開始試水從單星研製到批量生産。

鄒吉煒説，實施批量化生産，要科學合理分解衛星形成過程，具體可分為單機部組件生産、系統測試和總裝及環境試驗三個環節，總裝及環境試驗環節形成脈動流水化模式，進行批量化生産、測試，可進一步解放人力、降低成本。

鄒吉煒表示：“過去在衛星系統測試環節，一顆星需要兩個人、兩個月完成，如今6顆星並行測試，一個人、一個月即可完成。生産效率大大提升。”

目前，隨著低軌衛星網際網路建設，國內更多商業企業都已開啟批量化、低成本之路。

越來越廣泛的應用場景

如今，長光衛星應用領域正在拓寬、社會需求持續走高。

近日，長光衛星研發的共生地球APP正式上線。共生地球是“吉林一號”星座最新孵化的一款國産衛星影像地理資訊應用，受到用戶好評。

翱翔天空的“吉林一號”衛星，活躍在農業生産領域。它時刻關注農作物的生長期，經過處理的衛星影像，可對農作物進行長勢分析、墑情分析和受災情況判斷。據悉，長光衛星已與吉林省梨樹縣等地合作，應用衛星遙感技術助力農業高品質發展。

林業資源是我國最寶貴的自然資源之一。當前，衛星遙感技術在林業應用的廣度和深度逐漸擴大，為我國林業資源的保護與管理提供了有力保障。比如，長光衛星依託“吉林一號”衛星星座全天時、全天候、全譜段數據獲取能力，充分利用衛星遙感、大數據、人工智慧技術及天空地一體化手段，開發林業資源分佈與變化監測、森林火災預警與監測、森林病蟲害監測等系列“吉林一號”林業遙感與林業業務深度融合的監測服務産品，構建林業資源智慧化監測和智慧化管理服務體系。

最新成功發射的眉山“天府星座”東坡01-07號、“河南一號”“西安航投一號”“浦銀一號”輕小型高分辨光學遙感衛星，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星星座，將廣泛用於農田水利、自然資源、交通建設、文化旅遊、應急防災等領域，為智慧城市建設提供有力支撐和保障。

“天津濱海一號衛星”“雲遙一號”04-08星，是長光衛星和天津雲遙宇航科技有限公司聯合研製的新型觀測小衛星，有效載荷為長波紅外相機，可對海洋、熱點目標及大氣層進行探測，獲取目標的輻射度資訊，進而根據大氣、陸地及海洋等模型對目標實現紅外輻射特性的測量。據了解，這六顆衛星具備研製週期短、整合度高、重量輕、體積小、性價比高的特點，在軌業務化運作後將廣泛應用於氣象預報、搜索跟蹤、火點監測、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每天23到25次重訪，可為農林生産、環境監測、智慧城市、地理測繪、土地規劃等各領域提供高品質的遙感資訊和産品服務。

這意味著，依託“吉林一號”遙感數據，長光衛星利用人工智慧演算法，實現了全國地表分類的精準化、自動化更新，可以線上完成建築、道路、水體、林木以及不同類型農作物的自動識別，識別精度超過95%。

“吉林一號”星座正按計劃擴大規模。賈宏光説，預計“十四五”期間，“吉林一號”將實現138顆衛星組網。“屆時，‘吉林一號’衛星星座的服務能力將大幅提升，為用戶提供更豐富、更高效的遙感資訊服務，為大眾生活帶來更多便利。” 　(記者 張建 孟含琪)