颠覆式创新下卫星制造巨头谋转型

+ Tereza Pultarova《Via Satellite》/文 沈永言（中国卫通 ）/译

由于运营商对于即将到来的巨型星座如何改变卫星通信世界还无法作出清晰的判断，卫星制造业现在可能正处于进退两难的迷茫之中。然而，对于制造商而言，等待并不是一个好的选择，因为无论他们生产什么，都需要做好满足客户需求不断增长的准备。

总部位于德国不莱梅的卫星制造商OHB的首席运营官兼董事会成员Andreas Lindenthal表示，客户的要求总是“更好、更便宜、更快”。“对于我们的一些客户，主要是通信运营商，其市场压力已经大大增加。因此，他们并不只是寻求这一领域的渐进式改进，而是正在寻找颠覆式创新。”

然而，这种颠覆式创新究竟是什么，目前还不能确定。除了高速技术开发，迫使运营商重新考虑基于大型长寿命GEO卫星的传统方法之外，经济环境的不断变化，使商业模式不再像以前那样清晰和稳定。运营商需要能够快速响应，因而要求卫星交付速度比十年前更快。“卫星运营商告诉我们，他们已经没有15年、20年长期稳定不变的卫星运行商业案例了。”Lindenthal说，“他们受到来自客户的压力，要求他们提高卫星的灵活性，因此，他们希望采购更灵活的卫星。”

2018年，全球仅有11个（或7个）GEO卫星订单，延续了该行业近年来不断下滑的趋势。虽然制造商认为GEO卫星订单在未来可能会有所回升，因为企业需要订购老化星队的替代品，但很显然，GEO卫星订单不再像过去那样具有卫星制造业健康状况指标的意义。“订单不多，而人们正在等着看星座的表现会是什么样。”空中客车卫星装配集成和测试负责人Aidan Joy说。“现在整个市场处于分析不同商业模式的状态。但无论是星座、大型GEO，还是中型GEO，我们都会看到这些不同的商业模式趋于成熟，作为制造商，我们需要能够做出回应。”

无论未来的发展方向如何，制造商都认为，提供更具成本效益的解决方案、更短的交付周期和更高的灵活性的驱动力仍然存在。根据制造商的说法，实现目标的方法很多，但没有一种万能的解决方案。

OneWeb序幕的拉开

空中客车公司处于卫星制造革命的最前沿，它的两条生产线位于图卢兹和佛罗里达州，生产OneWeb星座的600颗LEO卫星。第一批卫星已于近期在法属圭亚那的欧洲太空港发射。按照空中客车防务与航天公司电信卫星负责人Arnaud de Rosnay的说法，这标志着OneWeb序幕的拉开。“三年前，我们从一张白纸开始。”de Rosnay说。“我们必须做所有事情——设计、建立供应链、在图卢兹和佛罗里达州建造工厂以及生产硬件。”

作为世界领先的航天器制造商之一，进入卫星制造业的空客公司发现自己处于一个相当陌生的领域。空客公司的产品组合可能包括深空探测和一些世界上最复杂的GEO电信卫星的宏大任务。然而，因为有了OneWeb，该公司不得不从长达数年的原型或半原型生产转向每天生产两颗卫星，同时保持最高水平的可靠性和质量。“在我们原有的设施中，每年可能制造十到二十颗卫星。”de Rosnay说。“现在我们正在谈论数以千计的产量，必须能够非常快速地生产大量的相同卫星，这是一个规模的彻底变化。”

全自动化并非前进方向

空中客车已经汲取了许多教训。该公司意识到完全自动化——例如用于制造汽车或飞机——并不是正确的前进方向。“我们并没有大量使用自动化。”de Rosnay说。“我们有一些机器人和合作机器人，但并没有达到汽车等行业的自动化水平。原因是，虽然对于卫星制造而言，数以千计的卫星可能相当多，但与汽车或移动电话相比，其体量仍然相对较小。”他说。当然，数字智能工具可以帮助人类操作员更有效地工作，并确保每一个螺丝都能按需拧紧。

“每件设备都有一个条形码，用于装配设备的工具同样也有一个条形码，你可以扫描两个条形码，工具知道应该在每个螺栓上施加什么级别的扭矩。”de Rosnay说道，“一旦完成，数据就会被记录，并通过3D扫描进行验证。所有这些确实为硬件组装增加了价值，并消除了异常风险，因为我们必须更快生产，但仍能保持高的质量水平。”

协作方法

OneWeb卫星生产线落地的最大挑战之一是建立供应链，以满足制造星座所需的体量。与空中客车本身类似，过去的供应商只需要为少数几颗卫星生产零件。因此，空客不得不经常与各种全新的供应商合作，而这些供应商之前不具备提供太空级硬件的经验。“对于供应链，我们有一个完整的协作环境。”de Rosnay说。“我们的供应商变成合作伙伴，我们与他们进行了大量的协作工程，这种合作方式正在改变我们在太空领域工作的方式。”

de Rosnay表示，能够使用更多商业低成本零件，而不是单个订做的零件，有助于降低成本，缩短交付周期。他补充说，空客公司正在从非核心业务领域的OneWeb卫星制造训练中汲取经验教训，以实现更高的效率。

设计新太空系统的工程师和制造经理之间更好的合作和沟通是美国太空巨头洛克希德·马丁公司用来缩短交货时间和削减成本的策略之一。“这是为了确保我们的工程师设计出的产品能够高效生产。”该公司的发言人Mark Lewis说。“如果没有技术人员按照设计制造团队使用工具的参数进行设计，就会产生障碍，速度就会打折扣。”

OHB的Lindenthal强调了增加供应商和系统集成商之间信息交流的重要性，以便以最有效的方式应对客户日益增长的期望。

根据Joy的观点，合作和沟通的需求也延伸到了客户身上。只有理解客户的需求，才能找到合适的解决方案。

备货软件定义卫星 缩短交货期

根据Lindenthal的说法，并非所有未来星座都需要数百或数千颗卫星。对许多运营商来说，由数十个航天器组成的较小MEO或LEO星座可能是一种更经济可行的解决方案。因此，与空客公司用于OneWeb的系统相比，这种系统的制造需要截然不同的方法。

满足在较短时间内向客户提供卫星需求的一种方法是制造具有可编程有效载荷的灵活卫星，并将其保存在库存中，以供客户随时购买。这种方法虽然存在经济风险，但可以让运营商在订购后的两个月内发射新卫星。“我们可以根据卫星平台和有效载荷生产完全灵活的卫星。”Lindenthal说，“一旦客户知道任务的规格，我们就会构建软件。软件定义有效载荷可以很快适应。”

根据Lindenthal的说法，提供全新有效载荷的卫星需要长达三年的时间。借助灵活的软件定义有效载荷，任务可在几个月内完成。此外，即使卫星在轨道上，操作员也可以随时重新编程有效载荷，以适应不断变化的需求。卫星平台本身将支持灵活性，提供进入轨道后改变位置和重新定位的能力。“也许，针对特定应用进行三到五年的卫星操作之后，你可以重新配置同一颗卫星，开始新的任务。”Lindenthal说，“你不需要推出一个新的（卫星），有了灵活有效载荷和有源天线，以后可在轨重新配置。”

标准化

空中客车公司的Aiden Joy认为，灵活有效载荷是未来GEO任务的关键，为客户提供长期使用资产，并同时具有改变任务规范的能力。“目前，运营商正处于一个决策阶段，以考虑关于他们的最佳解决方案是什么。”Joy说，“一般来说，一旦你启动了一项功能，显然，它的寿命越长，性价比就越高。如果可以用可变的有效载荷之类的灵活方式，就可以延长使用寿命，并可能将其用于不同的任务。”空中客车公司希望将大型GEO卫星的交付周期从3年减少到18个月。Joy表示，实现这一目标的方法是进一步提高航天器的标准化和模块化程度。

空中客车公司即将推出的欧洲之星新Neo GEO总线不仅可以定制，而且还可以模块化，因此，任务可以根据需求按比例设定。

通过实施增材制造、数字化、利用大数据优化设计和制造等新的制造技术，可以进一步提高设计水平。虽然没有人知道市场最终决定往哪个方向发展，但未来对灵活性的需求可能不仅适用于卫星和有效载荷，也适用于卫星制造本身。

“我们需要随时准备应对市场的变化。”Joy说，“我们的系统需要有灵活性，以便能够满足任何市场所需。未来，我们可能会建造大量GEO卫星，然后可能需要转向星座。”

卫星制造业正在明显发生变化。但它未来究竟会走向何方，只有时间能给出答案。

3D打印 卫星制造革命的推动者

美国卫星制造商洛克希德·马丁公司肩负将交付周期和卫星制造成本削减50%的任务。该公司实现这一目标的关键工具之一是增材制造或称为3D打印。虽然航天产业对于这种颠覆性技术的接受相当缓慢，但洛克希德增材制造经理Brian Kaplun表示，在过去几年，该技术取得了一些重大进展，现在已成为业界主流。

洛克希德公司的第一个3D打印部件是NASA于2011年发射的朱诺号任务中使用的一个支架。从那时起，该公司的3D打印部件目录已大幅扩展，其最新成果是用于卫星高压油箱的两个大型钛合金圆顶。这两个圆顶高46英寸（117厘米），是洛克希德·马丁公司为太空应用创造的最大的3D打印结构。“我们能够额外生产热结构，现在也可以一次性建造小型卫星的整个总线结构，还可以将电子设备整合到我们的设计中，然后将它们构建成一个内聚单元。”Kaplun告诉《Via Satellite》，“我们还为一系列商业和政府客户额外生产了推进剂储罐。”

过去可能花费数年时间才能制作完成的部件，现在数月或数周内就可以通过3D打印制造完成。例如，使用传统锻造技术的推进剂储罐的供货时间为一年半到两年。Kaplun说，“通过增材制造技术，我们在两周内生产出了与之相当的锻件产品。”

Kaplun说，增材制造使得洛克希德·马丁公司能够为传统上需要很长时间才能制造或为传统制造定制工具的部件制作预成型。得益于该技术，该公司还可以用更快的速度试验新材料。“3D打印可以实现更快速的转变。”Kaplun说，“我们可以向客户提供测试产品，并进行材料分析，对于我们的材料科学来说，这确实是一项可行的技术。”

从钛或铝等金属到掺有静电和电特性添加物的聚合物，洛克希德·马丁公司的工程师用来制造卫星部件的材料范围正在扩大。最近，该公司开发了一种可打印的铜材料，可直接将天线打印到结构上。

2018年4月，洛克希德宣布与Stratasys合作，为猎户座飞船定制3D打印部件，该飞船将于本世纪20年代初载人登月。SATNET