欧洲卫星通信专项计划分析

王余涛（北京空间科技信息研究所）

卫星通信产业是航天产业中商业化程度最高、竞争最为激烈的领域，对航天技术和航天市场的发展具有重要的推动作用。20世纪七八十年代，欧洲卫星通信产业严重依赖美国，虽从业企业数量众多，但难以形成合力，导致其通信卫星系统发展较为缓慢，通信卫星发展水平与我国基本相当。

在意识到卫星通信市场的巨大潜力之后，欧洲航天局（ESA）启动了名为“通信系统预先研究”（ARTES）的卫星通信专项计划，全面推进欧洲卫星通信产业发展。在ARTES计划的推动下，欧洲卫星通信领域逐步形成了政府企业良性互动、全产业链协同共进的产业格局，并成功催生出了全球最大的通信卫星平台等一大批核心产品与应用项目，其卫星通信技术能力正逐步逼近甚至超越美国，国际商业市场份额也已凌驾于美国之上。

目前，我国正处在由航天大国向航天强国迈进的关键时期，但在卫星通信领域仍缺乏国家重大专项支持和持续资金投入，与国际一流水平相比，技术能力仍有差距，竞争力相对较弱。因此，深入分析欧洲ARTES计划的主要特点，系统总结欧洲卫星通信产业发展的先进经验，有助于解决我国卫星通信系统与技术发展面临的突出问题，对我国卫星通信产业的后续发展具有积极的参考和借鉴作用。

1 ARTES计划概况

ARTES计划是由欧洲航天局主导、全欧洲相关企业广泛参与的卫星通信专项计划，从1993年至今，已持续实施20年。目前，已有超过800家欧洲企业通过该计划获得了欧洲航天局的资金支持，带动了欧洲卫星通信技术能力与产业竞争力的整体跃升。

ARTES计划并非传统的工程专项计划，而是全面涵盖战略研究、技术研发、产品研制、应用开发的综合性技术发展专项计划。鉴于卫星通信领域技术更新频率高、市场需求变化快的特点，ARTES计划引入了长期演进式框架，围绕“保持并提升欧洲卫星通信产业竞争力”的总体目标，针对不同的目的和任务，分阶段设置独立的专题。各专题技术内容可根据欧洲整体战略规划和全球市场最新变化进行灵活调整，从而始终保持ARTES计划的先进性和生命力。

组成

目前，ARTES计划共设有12个专题，包括5个通用性专题和7个任务/系统性专题，实现了对卫星通信领域的战略、技术、产品、应用等的全生命周期覆盖。

通用性专题分别针对战略研究、技术研发、产品研制和综合应用等目的，是ARTES计划的常设专题，主要面向规模较小、周期较短的通用项目。欧洲航天局每年为各通用性专题设立一批新项目，各项目之间相对独立。

任务/系统性专题分别针对关键产品或重大应用方向等迫切需求，是ARTES计划的临时专题，主要面向规模较大、周期较长的关键项目。超大型平台、小型平台和中大型平台3个专题用于更新“欧洲通信卫星”（Eutelsat）平台型谱；中继卫星系统专题用于部署“欧洲数据中继卫星”（EDRS）系统；空管卫星通信和天基海运监视专题用于发展新兴卫星通信应用；公私合作专题用于促进大型公私合营项目。欧洲航天局将每个任务/系统性专题分解为多个子专题，各子专题间具有较高的相关性和延续性，既可并行开展，也可分步实施。

ARTES计划现有专题一览表

管理

ARTES计划由欧洲航天局下设的通信与综合应用处（TIA）负责具体管理，但相关重大决策问题都需要由19个参与国分管航天领域的部长级官员共同讨论通过。各参与国均有指定的本国代表机构，负责代表本国在ARTES计划中的利益。参与国的所有企业均可在该计划下申请项目。

根据各专题的特点，欧洲航天局可通过“投标邀请”或“项目征集”的方式，授出项目合同。“投标邀请”类似于项目招标，由欧洲航天局每年定期公布“投标邀请”，以公开竞标或限定范围竞标的方式进行招标。在特殊情况下，欧洲航天局也可通过与企业协商的方式，直接向特定企业发出“投标邀请”。“项目征集”方式类似于项目申报，由企业随时向欧洲航天局提交项目建议书，并由欧洲航天局对满足相应专题要求的项目进行批复立项，因此可给予企业更高的自主权。

为了扩大产业规模和鼓励技术创新，欧洲航天局还在部分专题下发起了基于“项目征集”的“新参与者倡议”，为新进入卫星通信领域的中小型企业开通专用的立项通道。

经费

ARTES计划采取“资金多源、形式多样”的经费筹集方式，包括政府全额资助和两种比例的政府企业合资。对处于技术研发初期阶段，商业或技术风险较高的创新性专题，欧洲航天局将给予全额资助，扶植企业技术创新。对涉及新技术或新工艺，且最终产品具有明确市场潜力的专题，欧洲航天局将给予最高75%的部分资助，其余资金由项目承担企业自筹。对基于现有技术，但根据新型产品、系统或应用进行裁剪，且具有明确市场需求的集成或演示验证项目，欧洲航天局将给予最高50%的部分资助。

欧洲航天局为ARTES计划提供的经费直接来自其年度预算，因此可保证长期连续的资金投入。2009－2011年，欧洲航天局授出的ARTES合同总额约为8亿欧元。其中：约2.7亿欧元用于通用性专题，约占1/3；约5.3亿欧元用于任务/系统性专题，约占2/3。

2 ARTES专题研究内容

通用性专题

ARTES计划的通用性专题既考虑了长期发展战略，又兼顾了短期经济效益，从技术基础、创新研发、产品孵化、应用促进等角度出发，为欧洲卫星通信技术水平和产业竞争力的提升奠定了坚实的基础。

（1）战略研究

战略研究专题包括市场评估、新概念研发、天地一体化、标准化及规章制度环境建设等软科学研究项目，是支撑整个ARTES计划的战略性技术基础专题。该专题采用“投标邀请”的立项方式，并由欧洲航天局全额资助。2013－2016年间，其预算额度约为每年1000万欧元。

2009－2011年ARTES计划项目经费

尽管战略研究专题的预算额度在ARTES计划中处于最低水平，但该专题各项目的研究结论将作为欧洲航天局更新卫星通信领域长期发展规划与技术路线图的关键输入。同时，该专题的研究成果将在保留知识产权的前提下，向ARTES计划参与国的所有企业开放，以最大限度扩大成果的利用范围，避免重复研究和资源浪费。

（2）技术研发

技术研发专题原专题编号为ARTES 5，2008年后细分为长期技术研发（ARTES 5.1）和短期技术攻关（ARTES 5.2）两个专题。两者除出发点和侧重点不同之外，在立项方式和经费来源等方面也有所区别。

长期技术研发专题除面向长期的空间段/地面段软硬件技术与工艺研发之外，还包括系统/分系统级的长期技术研发或概念研究等内容，旨在为欧洲卫星通信产业提升基础技术能力。该专题采用“投标邀请”的立项方式，并由欧洲航天局提供全额资助。2013－2016年间，其预算额度约为每年3300万欧元。

短期技术攻关专题仅针对短期的空间段/地面段软硬件技术与工艺研发，旨在为新型卫星通信产品突破关键技术难点。在ARTES计划执行过程中，该专题常作为产品研制专题的预备专题，项目承担企业可在其研究成果的基础上，继续在产品研制专题下申请后续项目，以完成新技术向新产品的转化。该专题采用“项目征集”的立项方式，由欧洲航天局提供最高75%的部分资助。2013－2016年间，其预算额度约为每年1700万欧元。

（3）产品研制

产品研制专题合并了原有的ARTES 3和ARTES 4专题，主要针对空间段/地面段软硬件产品的研制或升级，是ARTES计划中支持产品孵化的核心专题。此外，该专题还从1997年开始支持卫星通信应用项目的开发与演示验证。产品研制专题采用“项目征集”的立项方式，由欧洲航天局提供最高50%的部分资助。2013－2016年间，其预算额度约为每年1亿欧元。

产品研制专题不仅为欧洲卫星通信产业输出了大量的卫星平台部组件、有效载荷、地面设备和卫星通信应用项目，并且也是用于扶持中小企业的重点专题。1997－2011年间，该专题共支持了154个卫星通信应用项目，其中约66%的项目由中小型企业承担，约50%的项目由新进入卫星通信领域的企业承担。

2012年12月，欧洲航天局为了给更多的新产品争取首次飞行验证的机遇，在产品研制专题下启动了名为“阿特拉斯”（Atlas）的子专题。该子专题由欧洲航天局主导，产品制造商可随时为新产品提出首飞验证申请，并由欧洲航天局出面，利用商业通信卫星制造市场，为新产品寻求首飞验证机遇。

2013年1月，泰雷兹-阿莱尼亚航天公司（TAS，以下简称泰雷兹公司）和欧洲通信卫星（EUTELSAT）公司在欧洲航天局的协调下，达成了“阿特拉斯”子专题下的首份协议。两家公司将利用欧洲通信卫星－8WB完成3种新产品的首飞验证，包括：①用于卫星接收天线后端的新型变频器，可在不影响下行链路频率的条件下改变上行链路频率，以解决“劫持广播卫星”等上行链路信号干扰问题；②新型高功率放大器，可根据实际需求进行功率动态分配，增加同时工作的信道数量；③新型指令接收机，支持多种频率，可提高卫星操作的灵活性，便于调整卫星轨位。

欧洲通信卫星－8WB在轨飞行示意图

（4）综合应用

综合应用专题又称“综合应用促进”（IAP）计划，旨在通过与最终用户的密切合作，培育综合应用卫星通信、导航、遥感技术以及空基、地基技术的新型应用项目，以深入挖掘现有卫星资源的应用潜力。综合应用专题采用“项目征集”的立项方式，由欧洲航天局提供最高50%的部分资助。2013－2016年间，其预算额度约为每年3000万欧元。

综合应用专题每年举行一次“创意征集”活动，用于收集用户需求，以便评估各应用领域的优先级和指导后续工作的开展。该专题下的项目多由最终用户发起，成功立项后须先进行可行性研究，并根据可行性研究的结果，确定是否继续开展演示验证。完成演示验证后，项目承担企业可自行将项目转入试运营或业务化运营阶段。

尽管综合应用专题的预算额度并不高，但却为欧洲卫星通信产业带来了极为显著的经济回报。目前，综合应用专题已支持了超过75个应用项目，平均每年支持21项可行性研究和18项演示验证，其中的5个项目已进入业务化运营或试运营阶段。此外，欧洲航天局还通过与欧洲海事安全局（EMSA）在该专题下的合作，直接促成了天基海运监视专题的设立。

任务/系统性专题

ARTES计划的任务/系统性专题借助欧洲航天局的统一规划与协调，通过广泛动员欧洲企业的优势力量，保证了重大工程项目的顺利实施，切实提升了欧洲卫星通信技术水平与产业竞争力。

（1）超大型平台

超大型平台专题设立于2001年11月，用于研制超大型“阿尔法平台”，填补欧洲在发射质量6t以上的超大型平台领域的空白。除平台研制工作外，该专题还包括首发验证卫星、后续平台改进型、相关有效载荷、地面段及用户段等工作内容。后来设立的小型平台和中大型平台专题也沿用了这种全系统、全周期的专题工作思路。

“阿尔法平台”由阿斯特留姆公司和泰雷兹公司联合研制，其主要技术指标全面超越LS－1300、BSS－702、A2100等美国现有平台产品，是全球目前最大的通信卫星平台。“阿尔法平台”设计寿命15年，整星发射质量6～8t，有效载荷质量最高1.5t，有效载荷功率12～18kW，最多可携带190台转发器和12副天线。

2011年4月，欧洲航天局又与阿斯特留姆公司和泰雷兹公司签订了“阿尔法平台”扩展型（Alphabus Extension）的研制合同。该平台将在“阿尔法平台”基本型的基础上，进一步扩大欧洲在超大型平台领域的技术领先优势，实现整星发射质量8.8t，有效载荷质量2t，有效载荷功率22kW，最多可携带230台转发器。

采用“阿尔法平台”的首颗卫星—“阿尔法卫星”测试中

2013年7月25日，基于“阿尔法平台”的首颗卫星—“阿尔法卫星”成功发射，标志着“阿尔法平台”正式进入空间应用阶段。“阿尔法卫星”发射质量6650kg，寿命末期功率12kW，装有L频段移动通信有效载荷和直径为11m的大型展开式天线。

通过两家顶尖制造商的强强联手和众多部组件供应商的广泛参与，超大型平台专题仅用了不到12年的时间就完成了一款全新平台的研制工作，并实现了“阿尔法平台”的首次飞行验证。同时，该专题的研究成果也为欧洲现有平台产品的技术更新提供了有力支持。为“阿尔法平台”研发的空间电源、电子设备等新技术已逐步在“欧洲星”（Eurostar）和“空间客车”（Spacebus）系列平台上得到应用。

（2）小型平台

小型平台专题设立于2005年12月，用于研制发射质量3t以下的“小型地球静止轨道”平台，以打破美国制造商在该领域的长期垄断地位。

“小型地球静止轨道”平台由德国OHB系统公司研制，平台设计寿命15年，寿命末期平均功率4.5kW，可支持有效载荷质量300kg以下、有效载荷功率3kW以下的地球静止轨道通信卫星，并将支持全电推进技术。该平台研制成功后，将与美国轨道科学公司的小型平台以及波音公司的BSS－702SP全电推进平台形成直接竞争关系。

“欧洲通信卫星”平台型谱规划

西班牙卫星－AG1在轨飞行示意图

目前，“小型地球静止轨道”平台的研制工作已接近尾声，其扩展型平台的研制工作正在同步开展，以求进一步提升性能指标、降低生产成本。采用“小型地球静止轨道”平台的首颗卫星—西班牙卫星－AG1（Hispasat－AG1）计划于2014年末发射。此外，该平台还将用于中继卫星系统专题的欧洲数据中继卫星－C和公私合作专题的“伊莱克特拉”（Electra）全电推进卫星。

在充分借鉴超大型平台专题成功经验的基础上，“小型地球静止轨道”平台的研制周期进一步缩短，预计花费9年左右的时间即可实现平台的首次飞行验证。此外，小型平台专题也体现出欧洲航天局对产业布局的整体把控能力，不仅将OHB系统公司逐步培育成为具备整星交付能力的通信卫星制造商，并且明确将该公司定位于小型卫星制造商，从而有效回避了与阿斯特里姆公司和泰雷兹公司的内部竞争。

（3）中大型平台

中大型平台专题是2012年12月设立的新专题，用于研制取代欧洲现有主流平台产品的“新卫星”下一代平台，以保持并提升欧洲主流通信卫星平台的国际竞争力。

该专题延续了超大型平台专题的强强联手模式，继续由阿斯特里姆公司和泰雷兹公司担任联合主承包商。“新卫星”平台瞄准发射质量3～6t的主流通信卫星市场，将通过创新技术、降低成本、缩短生产周期等手段，使其整体竞争力较欧洲现有平台提升了30%。

“新卫星”平台计划在2018年进行首飞验证，并正式投向市场。届时，“新卫星”平台将接替欧洲星－3000和空间客车－4000系列平台，与“阿尔法平台”和“小型地球静止轨道”平台共同组成欧洲新一代平台产品线。欧洲航天局为“新卫星”平台提出的目标是：在2018－2030年期间，实现50%的国际市场占有率，即获得约150颗卫星的研制合同，预计可为欧洲带来约250亿欧元的卫星制造收入。

（4）中继卫星系统

“欧洲数据中继卫星”可以近实时地传输数据

中继卫星系统专题用于研制和部署基于激光通信和Ka频段星间链路技术的“欧洲数据中继卫星”业务中继卫星系统，以保证欧洲拥有独立自主的中继卫星系统和全球范围的准实时接入能力，并重点为“全球环境与安全监视”（GMES）计划下的对地观测卫星提供服务。

早在2001年，欧洲航天局就曾利用“阿蒂米斯”（Artemis）卫星进行了全球首次星间光通信试验，从而在美国之前率先掌握了卫星激光通信技术。中继卫星系统专题将在“阿蒂米斯”任务的基础上，实现全球首个具备激光通信能力的业务中继卫星系统。

根据欧洲航天局的最新规划，“欧洲数据中继卫星”系统将包括欧洲数据中继卫星－A有效载荷、欧洲数据中继卫星－C及相关地面系统。搭载欧洲数据中继卫星－A载荷的欧洲鸟－9B（Eurobird－9B）卫星计划于2014年发射，欧洲数据中继卫星－C计划于2016年发射。

（5）空管卫星通信

空管卫星通信专题用于配合“欧洲同一片天空航空交通管理研究”（SESAR）计划，为欧洲下一代航空交通管理系统提供一套经过验证的卫星通信解决方案。

在该专题下发展的“艾瑞斯”系统是基于开放标准的航空卫星通信系统，具有广覆盖、低成本、可互操作等特点。该系统将包括至少1颗地球静止轨道通信卫星及相关地面系统，计划于2020－2025年投入业务化运营。

目前，空管卫星通信专题仍处于前期研制阶段，正在进行系统设计及通信标准制定等工作。2012年12月，欧洲航天局为该专题增设了一个子专题，用于开发基于“国际移动卫星”（Inmarsat）的“艾瑞斯先导”（Iris Precursor）系统，作为“艾瑞斯”业务系统完成部署前的过渡方案。

（6）天基海运监视

天基海运监视专题用于研制和部署一套天基船舶自动识别系统，为欧洲提供全球范围、可持续的天基海运监视能力，并促进相关商业市场的发展。

欧洲的天基海运监视系统将包括：1颗高性能海运监视卫星，用于保证交通繁忙海域的船舶监视能力；2颗或更多的中等性能海运监视卫星，用于提高海运监视数据的更新频率。此外，作为一项综合应用项目，天基海运监视专题还将结合天基红外相机、天基合成孔径雷达甚至无人机等探测手段，进一步增强对海上船舶的探测、识别与跟踪能力。

目前，天基海运监视专题已完成系统设计并正式转入实施阶段。其中，1颗高性能卫星已初步完成平台选型。除研制和发射海运监视卫星以外，该专题现阶段的工作重点还包括开发新型天基海运监视应用服务和促进天基海运监视市场发展。

（7）公私合作

公私合作专题也是2012年12月设立的新专题，用于促进由企业发起的大型公私合营项目，以加速创新性解决方案的商业化进程，促进下游服务开发，进一步增强产业竞争力。

公私合作专题的每个项目将作为独立的子专题，并设有一个用于支持立项前准备工作的通用子专题（子专题I）。发起项目的企业对项目的设计、研制及验证阶段负全责，并负责管理项目承包商团队。

“伊莱克特拉”卫星外形图

目前，由卢森堡SES公司发起的“伊莱克特拉”全电推进卫星项目已被确定为该专题的首个项目（子专题II）。“伊莱克特拉”卫星由OHB系统公司研制，发射后将成为欧洲首颗全电推进卫星。卫星将采用“小型地球静止轨道”平台，发射质量3t左右，可提供相当于3～6吨量级主流通信卫星的功率和通信容量，并能够使用成本更低的小型运载火箭发射。

3 ARTES计划特点分析

面向基础技术能力，明确政府企业分工

ARTES计划专门针对卫星通信领域商业化程度高、技术演进速度快的特点，适时引入了“以技术能力为基础，以产业发展为保障，以重大项目为抓手”的综合式框架结构，以推动技术发展进程和提高工业基础能力为发力点，通过引导和激发欧洲企业的技术创新潜力，逐步实现了欧洲卫星通信技术水平与产业竞争力的显著提升。

在计划实施过程中，欧洲航天局成功扮演了催化剂和助推器的角色，借助灵活多样的立项和投资方式，为企业分担技术研发风险，通过积极扶持中小企业，不断壮大产业队伍，逐步完善供应链条，为欧洲卫星通信产业的可持续发展奠定了坚实的基础。

以市场需求为导向，提前规划发展战略

面对瞬息万变的卫星通信市场，ARTES计划高度重视市场需求变化，并通过战略研究专题积极支持市场研究项目，将研究结果作为调整产业整体发展战略和重点研究方向的重要输入。

ARTES计划创新产品孵化流程

以通信卫星平台领域为例：一方面，针对新兴的超大型、超高功率卫星和日趋稳定的小型卫星需求，通过研制“阿尔法平台”和“小型地球静止轨道”平台，填补欧洲在超大型平台和小型平台制造领域的空白；另一方面，面对现有平台将在2020年前逐渐丧失市场竞争力的事实，提前研发“新卫星”下一代主流平台，抢占未来市场竞争先机。

结合技术成熟度等级，加快新产品孵化进程

ARTES计划紧密结合技术成熟度等级（TRL），通过战略研究、技术研发和产品研制等专题，组成卫星通信产品孵化框架，着力推进创新产品研制及商业化进程。

这些专题对应的技术成熟度等级依次上升，可通过相互衔接，全程支持一款产品，从提出初始概念（TRL1）到完成地面鉴定（TRL 6）的研制过程，从而将欧洲卫星通信产业的研发活动直接转化为商业产品，并可为ARTES计划的任务/系统性专题提供必要的技术支持与产品保障。

通过各种有效途径，争取首飞验证机遇

ARTES计划积极尝试通过公私合营、搭载有效载荷及新设立的“阿特拉斯”子专题等途径，为各类创新产品争取首次飞行验证机遇，不仅解决了部分产品因未经过飞行验证而难以进入市场的产业难题，也缓解了发射专用试验星的经费压力。

“阿尔法平台”、“小型地球静止轨道”和“新卫星”等平台研制专题均设立了用于部署首飞验证卫星的子专题。同时，ARTES计划下发展的卫星也为新型有效载荷等产品提供了难得的首飞验证机遇：“阿尔法卫星”为欧洲航天局和德国航空航天中心（DLR）搭载了4个技术验证有效载荷（TDP），欧洲数据中继卫星－C也将搭载1个新型辐射监测器。

紧密联系最终用户，促进应用服务发展

引导最终用户直接参与项目实施是ARTES计划的综合应用项目取得成功的关键。以用户为驱动的运行模式不仅为每个项目明确了市场需求，同时也保证了项目的应用前景。通过与用户的紧密合作，欧洲航天局商业任务的资金来源更加丰富，项目承担企业也获得了第一手的用户需求信息，为其开发相关应用服务提供了重要的参考。

此外，ARTES计划还通过“卫星通信运营商倡议”，帮助不熟悉卫星通信的用户寻找满足其需求的卫星通信解决方案。目前，欧洲航天局已与SES公司和英国阿万蒂（Avanti）公司等运营商签订相关合作协议，为ARTES计划支持的应用服务项目团队提供免费或低价的卫星容量和其他相关信息支持。