4月24日是第十一個“中國航天日”，今年航天日的主題為“七秩問天路 攜手探九霄”。
從古至今，中國人探索浩瀚宇宙的腳步從未停歇。商業(yè)航天是培育新質(zhì)生產(chǎn)力、建設(shè)航天強(qiáng)國的重要力量。2015年《國家民用空間基礎(chǔ)設(shè)施中長期發(fā)展規(guī)劃（2015—2025年）》印發(fā)，鼓勵社會資本步入航天領(lǐng)域；2025年我國商業(yè)航天完成發(fā)射50次，占我國全年宇航發(fā)射總數(shù)的54%；2026年，國家航天局在“中國航天日”新聞發(fā)布會上介紹，多型重復(fù)使用火箭將開展飛行驗證，商業(yè)航天將以高水平安全保障高質(zhì)量發(fā)展……10年來，我國商業(yè)航天加速成長，新技術(shù)、新突破、新應(yīng)用不斷涌現(xiàn)，從星辰大海走進(jìn)千家萬戶。目前我國商業(yè)航天有何前沿進(jìn)展？哪些曾經(jīng)的太空暢想正照進(jìn)現(xiàn)實？本期特別報道，我們共同關(guān)注。
——編 者
打造未來的“太空加油站”
本報記者 劉詩瑤
浩瀚宇宙中，人造衛(wèi)星都會面臨一項難題：當(dāng)自身推進(jìn)劑（燃料）耗盡，是不是注定隕落？
一顆在軌維護(hù)衛(wèi)星迅速抵近需要加注推進(jìn)劑的衛(wèi)星，通過一條柔性機(jī)械臂自主尋找加注口，把“油”加滿后駛向下一顆衛(wèi)星——這是未來將發(fā)生于太空中的一幕。
前不久，由北京航天馭星科技所屬蘇州三垣航天科技有限公司研制的馭星三號06星，從酒泉發(fā)射場升空入軌。這顆衛(wèi)星有個特別的外號——“太空加油站”。作為我國首顆配置柔性機(jī)械臂的商用試驗衛(wèi)星，在距離地面數(shù)百公里的高空，它完成了柔性機(jī)械臂模擬燃料加注等一系列高難度在軌操作任務(wù)，驗證了大量關(guān)鍵技術(shù)，標(biāo)志著我國商業(yè)航天在空間在軌服務(wù)領(lǐng)域邁出了堅實一步。
航天馭星副總裁曹夢介紹，擔(dān)任“加油小衛(wèi)士”角色的這顆衛(wèi)星，未來瞄準(zhǔn)的應(yīng)用場景是在茫茫宇宙中，迅速定位目標(biāo)衛(wèi)星的精確位置，再通過嚴(yán)謹(jǐn)周密的變軌操作等，實現(xiàn)兩顆衛(wèi)星“穿針引線”般的交會對接，然后開展“加油”步驟。
這顆技術(shù)驗證星最關(guān)鍵的部件是柔性機(jī)械臂。“我們創(chuàng)新設(shè)計理念，確保柔性機(jī)械臂更加輕量化、高靈活、高可靠。”三垣航天CTO（首席技術(shù)官）陳京說。
在模擬加注環(huán)節(jié)，這顆技術(shù)驗證星通過3種控制模式實現(xiàn)，以適應(yīng)不同應(yīng)用場景。陳京介紹，第一種是機(jī)械臂收到任務(wù)預(yù)設(shè)指令后，自主規(guī)劃運(yùn)動路徑；第二種需要地面操作人員根據(jù)相機(jī)畫面，實時生成控制指令，遠(yuǎn)程操控機(jī)械臂完成對接動作；第三種是在視覺伺服系統(tǒng)的引導(dǎo)下，地面根據(jù)柔性機(jī)械臂末端拍攝的視覺靶標(biāo)信息，規(guī)劃運(yùn)動路徑并生成控制指令，引導(dǎo)機(jī)械臂完成對接動作。
專家認(rèn)為，隨著未來空間資產(chǎn)越來越多，包括衛(wèi)星在內(nèi)的大量航天器都會產(chǎn)生推進(jìn)劑加注以及在軌維修的需求。“我們希望打造未來的‘太空4S店’，為太空資產(chǎn)提供一站式維護(hù)維修解決方案。”曹夢說。
算力“上天”，實現(xiàn)“天數(shù)天算”
本報記者 竇瀚洋
距離地面約500千米的近地軌道中，12顆計算衛(wèi)星正在穩(wěn)定運(yùn)行。這些配備了高性能星載智能計算單元的衛(wèi)星群，通過衛(wèi)星互聯(lián)互通，共同構(gòu)建起太空算力網(wǎng)絡(luò)。
算力為何要“上天”？
中國工程院院士、之江實驗室主任王堅說，構(gòu)建太空計算星座，是為了解決太空算力缺失和人工智能怎么到太空的問題，讓現(xiàn)在在太空的數(shù)據(jù)能夠發(fā)揮出以前無法發(fā)揮的作用。“我們不是把地面數(shù)據(jù)中心搬到太空，而是把算力和智能送到太空去，讓天上的事情在天上干。”王堅說。
現(xiàn)在太空大概有800顆在軌遙感衛(wèi)星，數(shù)量還在快速增長。但衛(wèi)星距離地面遙遠(yuǎn)，攜帶的計算機(jī)計算規(guī)模太小，數(shù)據(jù)傳輸能力和處理能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，近九成數(shù)據(jù)在沒被傳回地面前，就被白白丟棄浪費。
為了不讓人工智能因為缺失算力而缺席太空，之江實驗室協(xié)同全球合作伙伴打造“三體計算星座”。這個太空計算基礎(chǔ)設(shè)施通過算力“上天”、衛(wèi)星互聯(lián)，實現(xiàn)人工智能模型“上天”。
在位于浙江杭州的之江實驗室“三體計算星座”指揮中心，遙測數(shù)據(jù)實時傳回，大屏上12顆計算衛(wèi)星的運(yùn)行軌跡一覽無遺。王堅補(bǔ)充道，“三體計算星座”把人工智能模型送到太空，來處理太空數(shù)據(jù)，并且保證數(shù)據(jù)的時效性。“有了時效性后，我們可以想象非常多的應(yīng)用場景，包括應(yīng)急救災(zāi)、城市治理等。”
截至目前，之江實驗室的科研團(tuán)隊已成功完成了10個人工智能模型與應(yīng)用的在軌部署與驗證，包括80億參數(shù)天基遙感模型、80億參數(shù)天基天文時域模型、1.5億參數(shù)“伏羲”氣象模型等。實驗室計算星座總體部技術(shù)總師李超介紹，“我們的模型可以從地面實時上傳和迭代，未來的智能處理也會在軌道上就地完成。”
低軌衛(wèi)星組網(wǎng)，讓網(wǎng)絡(luò)“隨時在線”
本報記者 李君強(qiáng)
沙漠深處拍段視頻，立馬就能上傳到朋友圈；遠(yuǎn)洋貨輪上，隨時可以和家人視頻通話；萬米高空的飛機(jī)上，手機(jī)信號依然滿格……這些場景正一步步成為現(xiàn)實。
“長期以來，通信網(wǎng)絡(luò)受限于地面基站的覆蓋范圍。一旦進(jìn)入沙漠、海洋等區(qū)域，往往就成了‘信息孤島’。”中國科學(xué)院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院技術(shù)研發(fā)中心副主任田豐介紹，一張張織在太空中的“網(wǎng)”，正破解這一難題。
前不久，我國成功將衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)低軌21組衛(wèi)星發(fā)射升空，低軌衛(wèi)星組網(wǎng)明顯提速。“與高軌衛(wèi)星相比，低軌衛(wèi)星通信速率更快，資費也較低，是當(dāng)下我國衛(wèi)星通信發(fā)展的主攻方向。”田豐說。
“一顆顆低軌衛(wèi)星組成的星座，能夠?qū)崿F(xiàn)把地面網(wǎng)絡(luò)‘搬’上太空的效果，相當(dāng)于建了一條太空信息高速路。”銀河航天星座通信系統(tǒng)架構(gòu)師林廣榮表示，我國首個衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)試驗星座“小蜘蛛網(wǎng)”已經(jīng)在空中、地面、海洋等多個場景完成了低軌應(yīng)用示范。比如，通過衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程操控，無人機(jī)出色完成了滅火工作；人形機(jī)器人通過低軌衛(wèi)星同步傳輸視覺數(shù)據(jù)，實現(xiàn)“遠(yuǎn)程感知”。
林廣榮說，衛(wèi)星批量制造與發(fā)射技術(shù)的創(chuàng)新，使得低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)星座規(guī)模化組網(wǎng)提速。
中國信息通信研究院技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)研究所總工程師李俠宇表示，衛(wèi)星通信正從應(yīng)急通信、遠(yuǎn)洋船舶等專業(yè)領(lǐng)域加速向手機(jī)、汽車、無人機(jī)等大眾消費領(lǐng)域延伸，催生一系列規(guī)模化應(yīng)用場景。“手機(jī)直連衛(wèi)星、車載衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)等新應(yīng)用，既能滿足老百姓在各類場景中的需求，也能帶動終端、芯片、運(yùn)營等產(chǎn)業(yè)鏈升級，打開新的消費市場。”李俠宇說。
“通信的本質(zhì)，是讓信息不再有邊界。”田豐表示，未來，衛(wèi)星通信將成為天地一體化的新基礎(chǔ)設(shè)施，為各行各業(yè)增添便利、提供支撐。
從技術(shù)驗證邁向規(guī)模化商業(yè)部署，我國商業(yè)航天——
奔赴浩瀚星河 走進(jìn)千家萬戶
本報記者 劉詩瑤
力箭二號遙一運(yùn)載火箭成功發(fā)射；力鴻一號遙一飛行器亞軌道飛行試驗順利實現(xiàn)；衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)加快建設(shè)，多組低軌衛(wèi)星接連升空……開年以來，我國商業(yè)航天捷報頻傳。
越來越快的發(fā)射節(jié)奏，凸顯了國家政策引導(dǎo)下商業(yè)航天產(chǎn)業(yè)的明顯變化——在政策和市場的雙輪驅(qū)動下，中國商業(yè)航天正在從技術(shù)驗證加速邁向規(guī)模化商業(yè)部署，構(gòu)建太空經(jīng)濟(jì)的長遠(yuǎn)未來。
錨定自主創(chuàng)新，加快火箭可重復(fù)使用關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)——
“原力—110”液氧煤油發(fā)動機(jī)作為“引力二號”運(yùn)載火箭的動力心臟，正通過密集熱試車驗證復(fù)用可靠性，預(yù)計“引力二號”運(yùn)載火箭將于下半年首飛并同步開展可回收技術(shù)驗證；“藍(lán)焱”220噸級液氧甲烷全流量補(bǔ)燃循環(huán)發(fā)動機(jī)完成整機(jī)全系統(tǒng)長程試車，加速構(gòu)建高效率、可重復(fù)使用的重型運(yùn)載動力體系；銀河航天完成全球首款大規(guī)模全柔性太陽翼衛(wèi)星的發(fā)射入軌……
從火箭到衛(wèi)星，從上游到下游，商業(yè)航天賽道各方主體正在加快自主創(chuàng)新步伐，助力中國航天低成本、規(guī)模化發(fā)展。其中，持續(xù)、大規(guī)模的火箭發(fā)射需求和目前較高的一次性火箭運(yùn)力成本，使得火箭可回收關(guān)鍵技術(shù)成為產(chǎn)業(yè)焦點。有專家測算，一旦突破可重復(fù)使用技術(shù)，可以讓火箭總發(fā)射成本下降40%—60%。
提高生產(chǎn)效率，把航天裝備變成工業(yè)產(chǎn)品——
強(qiáng)大的生產(chǎn)制造能力是支撐商業(yè)航天高密度發(fā)射的基石。像批產(chǎn)汽車和手機(jī)一樣批產(chǎn)火箭衛(wèi)星，正在成為商業(yè)航天行業(yè)共識。
力箭二號火箭，芯級和兩個助推器長得幾乎一樣——力箭二號副總師廉潔介紹，這種設(shè)計被稱作“通用助推器核心”構(gòu)型，主要部件可批量生產(chǎn)，像“搭積木”一樣造火箭，簡化制造流程。也正因為關(guān)鍵部件“統(tǒng)一尺寸”，如果發(fā)射時發(fā)現(xiàn)某個部件有問題，可以快速替換，重新“拼”在火箭上，有利于打造高頻次的發(fā)射能力。力箭二號大型液體運(yùn)載火箭超級工廠即將全面竣工并投入使用，為火箭規(guī)模化生產(chǎn)和航班化發(fā)射提供支撐。
從“手搓”到流水線生產(chǎn)，從稀缺品到工業(yè)品，商業(yè)航天正在顛覆著人們對航天制造的定義。
銀河航天智慧衛(wèi)星工廠已構(gòu)建起100至2000公斤級衛(wèi)星的完整制造鏈條，年產(chǎn)中型衛(wèi)星能力穩(wěn)定在100至150顆，衛(wèi)星研制周期較傳統(tǒng)模式縮短80%。
發(fā)射基地也加速提質(zhì)增效。在海南商業(yè)航天發(fā)射場，為保障長征八號火箭，一號工位可以實現(xiàn)“7天發(fā)射、7天恢復(fù)”的快速響應(yīng)能力。
集聚創(chuàng)新要素資源，形成商業(yè)航天產(chǎn)業(yè)集群——
全國多地加快布局商業(yè)航天，構(gòu)建更加完備的商業(yè)航天產(chǎn)業(yè)生態(tài)圈。
在北京，一座規(guī)劃了衛(wèi)星研發(fā)區(qū)、衛(wèi)星運(yùn)營區(qū)、衛(wèi)星應(yīng)用區(qū)等板塊的衛(wèi)星小鎮(zhèn)正在建設(shè)，將配套建設(shè)衛(wèi)星展示中心、衛(wèi)星交流中心、衛(wèi)星孵化中心等機(jī)構(gòu)。離此不遠(yuǎn)的“火箭大街”聚集多家商業(yè)火箭企業(yè)，構(gòu)建“上下樓即上下游”的緊密型產(chǎn)業(yè)生態(tài)。
在山東煙臺海陽，東方航天港打造商業(yè)航天全鏈條，一條“航天大道”將火箭總裝測試廠房、衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)園、數(shù)據(jù)應(yīng)用中心與發(fā)射碼頭緊密串聯(lián)，火箭在總裝廠房誕生后，僅需十幾分鐘車程，便能直接運(yùn)抵專屬碼頭，平穩(wěn)地移上發(fā)射船。
近年來，國家密集出臺一系列支持商業(yè)航天發(fā)展的利好政策。隨著衛(wèi)星數(shù)據(jù)與數(shù)字經(jīng)濟(jì)、智慧城市等領(lǐng)域深度融合，商業(yè)應(yīng)用場景不斷拓展，市場環(huán)境更加開放、有序，商業(yè)航天將為經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展注入更多新動能。
