日歷翻回到1970年的4月24日。長征一號運載火箭搭載東方紅一號衛(wèi)星成功發(fā)射升空，順利入軌，驚艷世界。
“長征一號”是中國研制的第一枚運載火箭，“東方紅一號”是中國發(fā)射的第一顆人造地球衛(wèi)星。兩個“一號”研制者分別是航天科技一院和航天科技五院，“坐鎮(zhèn)”京城南北。幾十年后，北京的航天產(chǎn)業(yè)深耕“南邊造火箭、北邊造衛(wèi)星”的布局，出現(xiàn)了一支蓬勃的生力軍。
南邊的星際榮耀、星河動力、藍箭航天等火箭公司，北邊的九天微星、銀河航天、千乘探索等衛(wèi)星公司，雖然成立年頭只有三五年，卻接連創(chuàng)造出中國第一枚民營運載火箭、第一顆走通商業(yè)全流程的民營衛(wèi)星等一批航天新紀(jì)錄。仰望星空，各國“衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)”計劃應(yīng)運而生，北京的“南箭北星”生力軍正從“研”走向“產(chǎn)”，攻下一個個技術(shù)山頭，向星辰大海繼續(xù)進發(fā)。
火箭衛(wèi)星也可以姓“民”
2018年10月27日下午4時，見證了無數(shù)次中國航天奇跡的酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心迎來“新面孔”——我國研制的第一枚民營運載火箭“朱雀一號”。口令一下，“朱雀一號”點火升空、沖向云霄。起初一切正常，火箭一二級順利分離，但幾分鐘后三級出現(xiàn)異常，入軌失敗。
“朱雀一號”雖然失敗，但依舊贏得掌聲。有人評價，在一直由“國字頭”火箭占據(jù)的發(fā)射基地里，能豎起一枚民營火箭，已是一種勝利。
這枚火箭誕生在北京。2014年底，《國務(wù)院關(guān)于創(chuàng)新重點領(lǐng)域投融資機制鼓勵社會投資的指導(dǎo)意見》出爐，明確鼓勵民間資本進入航天領(lǐng)域。2015年成為中國民營航天的元年，當(dāng)年6月，藍箭航天成立，成為國內(nèi)第一家取得全部準(zhǔn)入資質(zhì)的民營運載火箭企業(yè)。也就是說，藍箭航天成立僅3年就把“朱雀一號”帶到了酒泉。
這次失利并未讓年輕的航天人望而卻步。9個月后，同處北京亦莊“火箭街區(qū)”的星際榮耀公司成功發(fā)射“雙曲線二號”火箭，終于實現(xiàn)了中國民營商業(yè)航天運載火箭首次成功發(fā)射并高精度入軌。緊接著，星河動力公司也成功發(fā)射“谷神星一號”，民營火箭第一次成功入軌500公里太陽同步軌道。
巧合的是，同樣在2015年6月，九天微星公司成立。也是用了3年，九天微星自主研發(fā)的首顆衛(wèi)星“少年星一號”順利升空，成為中國首顆走通研制、發(fā)射、測控和應(yīng)用全流程的民營衛(wèi)星；當(dāng)年底，九天微星“瓢蟲系列”七顆衛(wèi)星成功發(fā)射入軌，主星“瓢蟲一號”成為中國民營商業(yè)航天首顆百公斤級衛(wèi)星。
成立不到3年的銀河航天緊跟而上，2020年1月16日，“銀河航天首發(fā)星”發(fā)射成功，該衛(wèi)星也是我國由民營公司生產(chǎn)的唯一在軌的寬帶互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星，在國際上第一次驗證了低軌Q/V/Ka頻段通信，成功實現(xiàn)了低軌寬帶通信衛(wèi)星的山區(qū)、濱海地區(qū)、雪后湖邊等場景的實地應(yīng)用測試，完成了全球首次通過低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)鏈路完成運營商公網(wǎng)中5G基站的開通和測試。
“民營商業(yè)航天具有靈活、高效的優(yōu)勢，對我國加速低軌寬帶衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)具有重要戰(zhàn)略意義。”銀河航天負責(zé)人舉例，首發(fā)星的研制過程中進行了大量低成本和批產(chǎn)化嘗試，如模塊化設(shè)計、定制化接口芯片、工業(yè)化生產(chǎn)加工，大大降低了研制成本、縮短了研制周期。
數(shù)據(jù)顯示，國內(nèi)從事衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)的單位約有200家，北京市約有90家，數(shù)量在全國有一定優(yōu)勢。本市現(xiàn)有的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)企業(yè)涉及火箭、衛(wèi)星、測控、地面終端、運營服務(wù)各產(chǎn)業(yè)環(huán)節(jié)，其中一大批企業(yè)是民營航天新勢力。
市經(jīng)信局相關(guān)負責(zé)人介紹，北京造箭企業(yè)主要依托航天科技一院，第一梯隊有星際榮耀、星河動力、藍箭航天，第二梯隊也有星途探索、凌空天行、九州云箭、翎客航天；造星企業(yè)主要依托航天科技五院，第一梯隊的九天微星、銀河航天、千乘探索，以及開展航天測控和長管運行的宇航智科、航天馭星、天鏈測控，地面終端的華鎂鈦在海淀區(qū)注冊。這也意味著，北京“南箭北星”衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)格局基本形成。
生力軍突破火箭回收關(guān)鍵技術(shù)
目光投向美國肯尼迪航天中心。當(dāng)?shù)貢r間2021年 3月 4日凌晨3時24分，SpaceX公司的“獵鷹9號”火箭第八次發(fā)射成功，將60顆“星鏈”衛(wèi)星送入距離地球550公里的軌道上。按規(guī)劃，這款火箭助推器可重復(fù)使用10次。
火箭也能回收重復(fù)使用？在北京，星河動力公司也正研發(fā)中國版的“獵鷹9號”——“智神星一號”。
相比2020年成功發(fā)射的“谷神星”固體火箭，智神星是一款液體運載火箭，亮點在于可回收。星河動力CEO劉百奇把“智神星”液體火箭比作“大巴車”，運載能力強，單次發(fā)射可攜帶多顆衛(wèi)星，適合大規(guī)模的星座組網(wǎng)；而“谷神星”固體火箭更像“出租車”，運載能力相對較小，但發(fā)射更加靈活、快捷，適合微小衛(wèi)星零散發(fā)射或星座補網(wǎng)。
據(jù)國泰君安證券相關(guān)研究測算，未來10年，國內(nèi)低軌衛(wèi)星系統(tǒng)中，衛(wèi)星規(guī)模有望達到3000-6000顆的水平。2030年，中國衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)總體市場可達到千億規(guī)模。這也就給高可靠、低成本的新一代可重復(fù)使用商業(yè)運載火箭帶來了很多機會。
但對于“失之毫厘謬以千里”的航天產(chǎn)業(yè)來說，可回收火箭雖然低成本，但對關(guān)鍵技術(shù)要求極高。“既然要回收，那就需要火箭的發(fā)動機和相關(guān)系統(tǒng)更精準(zhǔn)控制火箭的速度、角度。”劉百奇說，經(jīng)過多年的醞釀、準(zhǔn)備和研究，目前已經(jīng)完成了“智神星一號”中型液體火箭詳細設(shè)計，完成了主動力系統(tǒng)——50噸推力量級液氧/煤油發(fā)動機核心組件研制，突破了火箭垂直回收制導(dǎo)控制的關(guān)鍵技術(shù)，為2022年液體火箭入軌首飛奠定了基礎(chǔ)。
據(jù)悉，這款液體火箭發(fā)動機是中國第一款、世界第二款深度變推力、重復(fù)使用液氧/煤油發(fā)動機，創(chuàng)新性地突破了多回流渦異型燃氣發(fā)生器、雙吸同軸高速渦輪泵、可變面積針?biāo)▏娮⑵鞯汝P(guān)鍵技術(shù)，可實現(xiàn)25%到125%的超寬變推比、50次的設(shè)計重復(fù)使用次數(shù)，達到國內(nèi)領(lǐng)先、國際先進水平。
不僅如此，藍箭航天也已經(jīng)驗證了中大型液氧甲烷火箭的各項關(guān)鍵技術(shù)，為首飛做準(zhǔn)備。此前，藍箭航天完成了80噸液氧甲烷發(fā)動機研制，符合國際新一代動力系統(tǒng)無毒、環(huán)保、無污染的技術(shù)發(fā)展趨勢，目前全球只有三家商業(yè)火箭公司實質(zhì)上掌握了液氧甲烷火箭發(fā)動機核心技術(shù)。
多份專業(yè)報告披露，北京是衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈上下游多個重點國有企業(yè)和民營企業(yè)的總部基地，尤其在衛(wèi)星制造和發(fā)射環(huán)節(jié)、衛(wèi)星運營及服務(wù)環(huán)節(jié)的重點企業(yè)數(shù)目位居全國前列，同時在高校科研院所數(shù)量方面全國領(lǐng)先，創(chuàng)新資源聚集。這正為一項又一項關(guān)鍵技術(shù)突破打下基礎(chǔ)。
批量生產(chǎn)助力太空“織”網(wǎng)
“星鏈”一出，促發(fā)多國加緊布局低軌星座。有數(shù)據(jù)顯示，目前已經(jīng)發(fā)布的全球通信衛(wèi)星星座計劃超過25個，計劃發(fā)射衛(wèi)星數(shù)量超過10萬顆。2020年4月，國家發(fā)改委首次將衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)納入“新基建”范疇。
所謂“衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)”，就是依靠天上的衛(wèi)星提供高速互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。根據(jù)中國信通院發(fā)布的《6G概念及愿景白皮書》，5G時代仍將有80%以上的陸地區(qū)域和95%以上的海洋區(qū)域無移動網(wǎng)絡(luò)信號。“5G的連接對象集中在陸地地表10公里以內(nèi)高度的有限空間范圍，無法實現(xiàn)‘空天海地’無縫覆蓋的通信愿景。”九天微星創(chuàng)始人謝濤解釋，建設(shè)覆蓋更廣、帶寬更大、時延更低、可靠性更高的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)，作為地面通信的有益補充手段，是彌補全球數(shù)字鴻溝的關(guān)鍵。
銀河航天合伙人、副總裁劉暢也解釋，衛(wèi)星通信覆蓋范圍廣、部署快，不受地面環(huán)境影響的特性，可作為地面5G網(wǎng)絡(luò)的補充，將承擔(dān)連接地球上目前還沒有網(wǎng)絡(luò)連接的30億人的重任。“未來，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)將作為地面通信補充，在地震、泥石流等區(qū)域性災(zāi)害發(fā)生時，為災(zāi)區(qū)提供快速及時的應(yīng)急網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)，還將為網(wǎng)絡(luò)覆蓋不足的偏遠、欠發(fā)達地區(qū)以及近海海域和島嶼提供天基通信網(wǎng)絡(luò)。”
不過，要想用上衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)，前提是在太空中先讓衛(wèi)星互聯(lián)成網(wǎng)，“星鏈”計劃在2024年之前要完成1.2萬顆衛(wèi)星的發(fā)射，遠期數(shù)量還將達到4.2萬顆。
“在較短的時間內(nèi)發(fā)射大量衛(wèi)星，讓百公斤級衛(wèi)星的批量化生產(chǎn)成為行業(yè)剛需，實現(xiàn)短周期、低成本互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星的批量化生產(chǎn)，成為全產(chǎn)業(yè)鏈亟待解決的首要問題。”謝濤已將工業(yè)化的生產(chǎn)方式引入衛(wèi)星制造領(lǐng)域，率先在河北省唐山市啟動脈動式智能化衛(wèi)星工廠建設(shè)，打造全球領(lǐng)先的“批量化、自動化、智能化、柔性化”衛(wèi)星制造與研發(fā)基地。
唐山衛(wèi)星工廠將裝配國內(nèi)首個脈動式衛(wèi)星智能生產(chǎn)線，可確保在短周期、低成本的情況下，靈活批量化生產(chǎn)50公斤級至700公斤級衛(wèi)星，一期工程建成后可實現(xiàn)年產(chǎn)100顆衛(wèi)星的產(chǎn)能。其中，智能化的倉儲物流管理確保每一個零部件都擁有唯一“身份證”，實現(xiàn)生產(chǎn)過程可視化和產(chǎn)品全生命周期的質(zhì)量追溯；生產(chǎn)組裝全程使用AGV搬運機器人和自動組裝機器人等自動化設(shè)備，最大限度提高效率、降低成本；合裝好的衛(wèi)星將在整星試驗區(qū)進行熱試驗測試、載荷天線安裝展開試驗、太陽翼裝配及展開試驗、力學(xué)試驗等一系列嚴(yán)苛的大型試驗考核。
2020年1月16日，銀河航天首發(fā)星發(fā)射成功，成為我國由民營公司生產(chǎn)的唯一在軌的寬帶互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星。劉暢說，為了給銀河首發(fā)星“減肥”、降低發(fā)射成本，在首發(fā)星的制造中創(chuàng)新應(yīng)用了3D打印技術(shù)以壓縮空間，將載荷波導(dǎo)互聯(lián)的空間壓縮到傳統(tǒng)波導(dǎo)占用空間的三分之一。
很快，低成本工業(yè)化生產(chǎn)線也將建成。2020年7月，銀河航天完成年產(chǎn)30套的衛(wèi)星載荷批產(chǎn)示范線建設(shè)，并不斷探索低成本衛(wèi)星批產(chǎn)可行路徑，持續(xù)構(gòu)建衛(wèi)星商業(yè)化供應(yīng)鏈體系，即將在2021年第一季度建成年產(chǎn)30顆的衛(wèi)星總裝批產(chǎn)示范線；正在建設(shè)年產(chǎn)100顆的衛(wèi)星智能制造工廠，向年產(chǎn)500顆產(chǎn)能邁進。
優(yōu)化營商保駕護航
衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的商業(yè)價值越來越凸顯，引得世界各國的科技巨頭加緊布局。有報告預(yù)測，到2025年全球低軌通信衛(wèi)星在軌數(shù)量將突破2.2萬顆，這背后是軌道頻率資源競爭愈發(fā)加劇。
地球近地軌道可容納約6萬顆衛(wèi)星，隨著各方加緊布局，軌道可用空間正距離飽和越來越近。2019年，國際電信聯(lián)盟（ITU）修訂了非地球同步軌道（NGSO）衛(wèi)星星座的部署要求：申請后的七年內(nèi)必須發(fā)射第一顆衛(wèi)星，9年內(nèi)必須發(fā)射總數(shù)的10%，12年內(nèi)完成總數(shù)的60%，14年內(nèi)必須全部完成。這就更加考驗衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)布局的綜合實力。
如何讓剛剛崛起的航天新勢力更具競爭優(yōu)勢？航天產(chǎn)業(yè)投入資金多、回報周期長，對人才、設(shè)施的需求格外大，又該如何掃除發(fā)展障礙？
“相關(guān)技術(shù)都需要先在地面進行大量的實驗，滿足性能指標(biāo)要求后才能逐步進行飛行實驗，這方面沒有捷徑可走，只有一步一步、扎扎實實，才能行穩(wěn)致遠。”市經(jīng)信局相關(guān)負責(zé)人說，目前民營企業(yè)從事火箭、衛(wèi)星研制大都處于創(chuàng)新發(fā)展的初期，距離大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化、批量化生產(chǎn)還有一段路要走。
結(jié)合衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)現(xiàn)有的基礎(chǔ)和空間布局，本市提出要發(fā)揮“南箭北星”輻射引領(lǐng)作用：在大興區(qū)、經(jīng)開區(qū)建設(shè)商業(yè)航天產(chǎn)業(yè)基地以及商業(yè)火箭創(chuàng)新中心，做強“南箭”；在海淀區(qū)建設(shè)商業(yè)衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)基地和星座運控、運營平臺，做強“北星”；豐臺區(qū)將發(fā)揮央企、軍工優(yōu)勢，承接溢出項目，其他各區(qū)錯位發(fā)展，形成協(xié)作互補。
一批支持衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策措施正在落地，幫企業(yè)破解難題。尤其在企業(yè)格外關(guān)心的完善投融資機制方面，北京開出四道“藥方”。
基金上，計劃依托市級高精尖產(chǎn)業(yè)基金等引導(dǎo)基金，支持社會機構(gòu)合作設(shè)立衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)、商業(yè)航天領(lǐng)域的子基金，再通過子基金對符合要求的項目進行股權(quán)投資。
資金上，對企業(yè)在京開展廠房及生產(chǎn)線建設(shè)、技術(shù)改造、制造業(yè)服務(wù)業(yè)融合、產(chǎn)業(yè)服務(wù)平臺及中試檢測平臺、星座組網(wǎng)、地面系統(tǒng)集成、重大應(yīng)用場景等建設(shè)項目和衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)前沿關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)等給予支持，進一步降低企業(yè)在研發(fā)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的成本。
融資上，重點做好前置服務(wù)，將符合條件的企業(yè)納入北京企業(yè)上市綜合服務(wù)平臺,支持企業(yè)在科創(chuàng)板、新三板、主板上市融資。
保險貼費上，對在京依法從事商業(yè)火箭、衛(wèi)星研發(fā)、生產(chǎn)或發(fā)射經(jīng)營等活動的企業(yè)，給予商業(yè)航天發(fā)射保險不超過50%的貼費，引導(dǎo)企業(yè)用市場化模式降低創(chuàng)新風(fēng)險，這一政策在全國屬首次。
除此之外，本市還提出實施空間共享的思路：相似類型項目入駐時，適當(dāng)調(diào)整項目評價考核標(biāo)準(zhǔn)，本著避免重復(fù)建設(shè)的原則，鼓勵先入園的企業(yè)考慮后續(xù)入園企業(yè)的使用需求，對火箭、衛(wèi)星總裝集成測試廠房等設(shè)施開放共享，探索企業(yè)協(xié)同發(fā)展新模式。同時，本市還將以2022年北京冬奧會為重大應(yīng)用場景，推廣衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)先進技術(shù)，堅持“能用盡用”推廣原則，鼓勵交通、民生服務(wù)等領(lǐng)域新上項目。
“在下一步工作中，我們將和市科技主管部門聯(lián)動，結(jié)合企業(yè)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的特征和訴求，重點支持一批衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)項目，在抓科研的同時，作好產(chǎn)業(yè)化工作，為將來形成工業(yè)化、規(guī)模化的生產(chǎn)能力打基礎(chǔ)。”相關(guān)負責(zé)人介紹，根據(jù)計劃，“十四五”末，本市將構(gòu)建具有引領(lǐng)性的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)星座和運營平臺，形成衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)體系，拓展一批衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)重大應(yīng)用場景，打造覆蓋火箭、衛(wèi)星、地面終端、運營服務(wù)及核心軟硬件、系統(tǒng)運控的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)全產(chǎn)業(yè)鏈，培育北斗創(chuàng)新及融合應(yīng)用的產(chǎn)業(yè)生態(tài)，支撐“十四五”北京經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展。
