NASA“手机卫星”技术转化为“鸽群”商业卫星项目

+ 方勇



商业航天动向

NASA“手机卫星”技术转化为“鸽群”商业卫星项目

+ 方勇

美国新兴商业航天企业——行星实验室公司利用NASA立方体卫星的相关技术及经验，成功研制出“鸽群”系列微卫星，极大推动了卫星遥感技术的发展，取得良好的商业效益，其技术转化的做法及经验值得研究借鉴。

一、案例

长期以来，人造卫星给人的印象一直是“重、大、贵”，在上世纪90年代以前，对于很多机构来说，人造卫星属于“高、大、上”而遥不可及的项目，其昂贵的造价和发射费用令很多机构和公司望而却步。由于价格昂贵，建造和运行卫星一直是大型公司和政府机构的专利。由于需要制造独一无二的电子部件，抗辐射并应对极端温度，抬高了其价格，更不用说卫星发射的相关成本。以NASA先进的太阳观测卫星为例，太阳能观测者卫星2010年发射，重6800磅，建造和发射成本约8.5亿美元。即使NASA旨在鼓励研制低成本航天器的“发现者”项目研制的卫星，仍然超出小型公司或研究组织的价格。一颗类似卫星，如搜集太阳粒子的“起源”卫星，即使其采用适度的设计和任务，成本也超过1.64亿美元。

但随着小型化技术的发展，这一状况开始有所改变。例如，2010年，NASA和国防部发射了“快速、经济可承受科学技术卫星”（FASTSAT）卫星。卫星质量只有约400磅，成本约1000万美元，经过6个月在轨试验，验证了低成本、快速组装航天器的可行性。

NASA艾姆斯研究中心总设计师皮特·克鲁帕，总是喜欢在会议中掏出其政府发给的“黑莓”手机，然后提出疑问为什么智能手机要比许多卫星拥有更快处理能力的传感器和更好的探测器，而且成本相对低得多，然后将智能手机重新放回口袋并继续开会。

艾姆斯研究中心研究人员博舒依赞将克鲁帕的困惑铭记在心。一次在克鲁帕的讲话中，博舒依赞和他的同事马歇尔插说，他们已经开始思考卫星的成本问题，我们将把手机嵌入卫星之中。

“手机卫星” （PhoneSat）是在NASA“小航天器技术项目”安排下，研制的独特的1 U立方体卫星，采用安卓操作系统，开发了PhoneSat l.0和PhoneSat 2.0两种模型。PhoneSat 1.0由HT C公司生产的Nexus One手机改装，外接了无线电发送器和电池。PhoneSat2.0在性能更好的三星公司Nexus S手机上改装，增配了双向S波段广播天线、三角形太阳能电池板、GPS接收机，装配了磁力矩器和反作用轮等姿态控制机构。NASA称，“手机卫星”是有史以来最廉价且最容易造的卫星。2013年4月，首批3颗“手机卫星”发射进入倾角51.6°、高度250km左右的近圆轨道，主要开展遥测数据采集、利用手机摄像头拍摄地球图片、与“铱星”星座进行数据通信等试验项目，3颗“手机卫星”在轨运行近一周。2013年11 月19日，Phonesat 2.4卫星发射入轨。该卫星具备无线电传输能力，并且能通过反作用轮控制卫星的姿态，卫星重约1kg，寿命2年，是首颗使用S波段无线电的PhoneSat卫星。PhoneSat 2.5于2014年4月18日升空，测试的仍是无线电通信和定位系统。

2011年，参与NASA “手机卫星”项目的博舒依赞、马歇尔和阿姆斯研究中心的另外一位科学家欣格勒，离开NASA，创立行星实验室公司，重点研制低成本、商业现货部件，用于建造更小的卫星。博舒依赞在阐释其卫星建造流程时说，该公司没有采用“阿波罗”登月计划所采用的方法，即先开展许多系统设计和分析，然后建造该系统。我们决定采用软件设计方法，即首先建造一个最小化的可行性样机，然后从这里出发，开始卫星制造工作。博舒依赞将这一理念称为“灵敏宇航”。

在首个样机系统被证明有足够的发展前景后，该公司从风险投资融资几乎没遇到什么困难。2012年，行星实验室公司从多家投资公司为其遥感星座筹措到1300万美元的风险资本经费。这笔经费使该公司能够雇佣工程技术人员，并制造更多的卫星。行星实验室公司研制的卫星被称为“鸽群”，随后经过反复的迭代改进，准备投入大规模部署。

2014年2月，行星实验室公司发射首批商业卫星，28颗“鸽群”卫星被从国际空间站释放。随后，通过部署更多卫星，“鸽群”卫星数量总数超过130余颗。该卫星星座采用对陆连续开机的工作模式，无需对星上相机下达特定区域的成像指令，即可满足用户需求。

“鸽群”卫星具有广阔的市场应用前景，私营部门迫切盼望获得这样的实时信息。保险公司可以利用图像信息，验证房主所声称的住房损坏情况和修复的进展。卫星还可用于跟踪农产品收成，并预测其产量。油气公司能够监测油气管道安全，手机公司可以利用卫星图像提高智能手机的地图质量。森林监测也是目前“鸽群”卫星的首要任务。例如，从“鸽群1”卫星拍摄的美国某地森林图像上能看出树木的树冠。谷歌公司官员通过同“谷歌地球”的图像对比发现了一片被砍伐的区域。

二、案例分析

1.政府主导推动小卫星发展。美国政府高度重视小卫星技术的军用价值，由国防部、空军和国家侦察局（NRO）等部门持续投入，开展相关研究。国防部“空间测试计划”（STP）、空军“大学纳卫星计划”（UNP）以及NRO的“群落”计划，都是由政府部门主导，科研机构、高校和新兴公司积极参与的军用小卫星计划。NASA启动“立方体卫星发射倡议”，利用火箭运力余量提供小卫星免费搭载机会，为小卫星技术在轨验证提供更多舞台。在政府激励下，商业小卫星公司获得蓬勃发展。

2.民营部门拥有技术产业化的动力和商业化推广的经验，且更了解民用领域的技术需求，只要得到NASA 的授权，日后很容易利用其商业化推广能力，将新技术实现产业化，并推广应用到其他领域。

3.被转移和产业化的小卫星技术，其本身具有军民两用特性，具有广阔的商业应用前景，有助于这项航天技术实现产业化。

4.微小卫星采用成熟的技术和通用化、标准化、模块化的设计，可极大降低成本，降低卫星技术和市场的准入门槛，充分调动了社会力量在航天技术与应用方面的创新活力。

5.风险投资关注卫星商业遥感。越来越多的风险投资公司开始对孕育改变全球人类生活方式的创新型航天技术的潜力高度关注，对新兴卫星遥感企业提供资金支持。天空盒子成像公司和行星实验室公司等新兴卫星商业遥感公司在起步发展阶段，获得了风险投资上千万美元的资金支持。