浅析商业航天测运控发展趋势及应对策略

张宁、张岱岚、张亮、聂学峰 /中国航天系统科学与工程研究院

商业航天作为新兴业态，兼备军民属性、技术创新性强、经济质量效益高且市场前景可期，必将成为我国经济发展新的增长极和推动航天强国建设的重要力量。自2014 年国家鼓励民间资本参与国家民用空间基础设施建设开始，民间资本参与国家民用空间基础设施建设的大门就此开启，一大批商业航天企业逐步崛起，进行了积极的商业实践和探索。但是，其中仅有商业卫星制造和发射服务发展较为抢眼，商业卫星运营与应用发展则相对迟缓。航天测运控作为近地空间航天工程的枢纽环节，推动其快速发展将有效贯通上游卫星/火箭研制、中游发射服务及下游卫星运营/数据应用，彻底打通商业航天产业链。

一、我国商业航天测运控现状

1.我国已具备较好的航天测运控技术基础

我国自1984 年初步建成卫星测控网以来，航天测运控技术得到了长足发展。经过多年发展，我国测控网从建设初期的以地基、海基测控为主，发展到可充分利用GPS /“北斗”等卫星导航体系，实现了“陆、海、空、天”一体化发展，呈现出功能完备、实用高效的特点。在现有测控网及测控技术的支撑和协助下，载人航天、探月工程、二代导航等多项重大航天工程的测控任务圆满完成。

2.商业航天测运控市场空间广阔

当前，全球航天产业正处于能力和市场快速发展的黄金时期，商业航天已成为助推航天产业发展的强劲动力。商业航天在全球航天产业收入中的占比已接近80%，是全球航天产业未来的发展趋势。随着2014 年我国允许民营企业制造卫星，大量企业率先进入卫星制造行业。中国航天科技集团有限公司及中国航天科工集团有限公司两大集团下属企业纷纷进入商业卫星制造领域，中国科学院上海微小卫星创新研究院也陆续为商业卫星市场提供自己的产品。与此同时，长光卫星、天仪研究院、微纳星空、欧科微、零重力空间等民营商业卫星公司也陆续推出自己的商业卫星产品，涵盖通信、遥感、导航增强、科学实验、技术研制、教育娱乐等各种类型。据有关机构统计，截至2020 年，国内已注册的商业航天企业已达313 家，其中卫星制造企业约84 家，多家公司提出了自己的商业卫星/星座发射计划。

3.国内现有测运控运行体系难以适应纯商业卫星的要求

卫星测运控包括测控和运控两部分，目前我国军民用航天系统中除中继卫星系统是测运控一体外，其他航天系统测控、运控大多是分头管理的。测控业务主要由西安卫星测控中心、卫星通信中心等中心提供服务；运控系统则主要由各个系统的用户建设管理，如海洋卫星应用中心、气象卫星运管中心和中国卫通集团股份有限公司。但近年来，由于军队改革、政策和体制机制等因素制约，现有测运控技术存在迭代较慢且每次迭代更新不彻底、多个不同时期卫星测运控平台并存、多种实现技术交织并行、流程复杂且自动化智能化水平不高等问题，难以适应商业航天飞速发展形势下测运控技术创新需求。

4.商业航天测运控专业公司纷纷成立

自2015 年开始，我国开始出现商业航天测运控公司，为各类商业卫星和航天爱好者科学实验卫星任务提供测运控服务，同时也开启了对航天测运控商业化模式的有益探索。2018 年9 月26 日，国家工业与信息化部颁发了我国首个第三方卫星测控站电台执照，这标志着我国商业航天测运控行业规范的正式建立与实施，表明国家开始支持商业航天的发展，行业管理开始走向完善。从2019 年开始，多家商业卫星运营公司的多项低轨卫星星座计划从空间技术验证阶段逐渐转入业务型卫星密集部署阶段，提供低成本、高可靠、专业化并重的商业测运控服务已成为市场对商业航天测运控公司的明确要求。受市场需求驱动，多家商业航天测运控公司纷纷成立，市场初步形成（见表1）。

二、制约商业航天测运控快速发展的主要因素

1.商业化运营水平偏低

国内现有商业航天测运控公司多以传统卫星测运控服务为主，面向市场的功能性拓展和定制化服务很少。国际上典型的商业航天测运控公司，如瑞典空间公司（SSC）、挪威康斯伯格卫星服务公司（KSAT）和美国RBC Singal 公司等，都具备如下特征：一是站点设置全球化。即要为用户提供优质的服务，必须在全球范围内建立测控站点，否则会出现服务盲区，丢失市场份额。二是提供服务多元化。即为提升商业价值，必须提供除简单测运控业务之外的多元化服务，如卫星频率和轨位的申请、在轨安全评估、应急响应抢救、卫星载荷数据传输、测控站设备及软件集成咨询等，尤其是提供数据的增值服务。三是商业模式灵活。即为了提升测运控服务水平，采用多种商业模式提供服务，如按时长、轨道数收费，或可提供专属定制服务等。然而，对标SSC 发现，国内缺乏全球全面布站的大型企业；对标KSAT 发现，国内在多元化服务方面还需发展；对标RBC Singal 发现，国内在商业模式创新方面还存在差距。

表1 我国主要商业测运控公司

2.技术创新能力不足

随着航天领域飞行器的发展，我国的测控技术也有了长足进步，已呈现出高精度测量和卫星测控网互相辅助的交叉性协作趋势。而我国的商业航天测运控公司大多处于初创阶段，公司规模小，缺乏资金持续投入，难以支撑全球测运控网建设的巨额投资及技术创新所需的持续研发投入。同时，航天测运控系统内工作的专业技术骨干主要集中在西安卫星测控中心，商业测运控公司对专业技术人才的吸引力不够，导致商业航天测运控公司专业化水平不高、人才创新能力有限。

3.测控站全球化布局迟缓

航天测控网由测控中心、若干测控站、通信链路和测控软件组成。测控站应尽可能地提高覆盖率，因此在充分利用国内条件的基础上，可考虑在国外建立测控站。虽然目前的测控站建设技术已经可实现自动化监控管理、无人值守，大幅降低了后期的维护和运行成本，但是国际测控站的建设要按照项目所在地的法律法规完成项目立项、土地及建设规划、施工报建、环评等各种审批手续，办理程序复杂，周期冗长。考虑到目前复杂的国际环境，在国外建设和维护测控站的成本较高，需要大量的人力和资源支持。目前国内商业航天测运控公司大多处于初创阶段，公司规模小，缺乏长期持续投入的资金，导致测控站的全球化布局迟缓，仅有个别企业在国际上完成了布站。

三、我国商业航天测运控发展趋势

据不完全统计，未来10 年内我国将有4000 颗左右的商业卫星发射计划。这些大型卫星星座和数量众多的在轨卫星不仅对发射能力提出大量需求，也给商业航天测运控系统带来了庞大的客户群和巨大的市场机遇。根据预期的商业卫星数量、现有国内商业测运控普遍市场价格、定制服务的价格标准及未来发展趋势，预计10 年之内卫星测运控业务产值将达到100 亿左右，再加上数据增值服务及未来为国内民星和国外客户服务等模式，航天测运控服务的市场将会达到数百亿量级。未来商业航天测运控系统将成为包括设备设施、协调管理、标准规则、运营模式在内的联合体，是一个适应多用户群体、大规模服务对象、架构开放、机制灵活、覆盖全球的应用信息体，具有渠道互联互通、设施公用共享、技术创新突破、国际合作布站等特征。具体包括以下5种趋势。

1.从传统模式向智能化测运控发展

未来在轨卫星测运控服务需求大幅增加，地面测运控体系将面临站网满负荷运转、任务人员高强度工作的问题，因此测运控业务未来必须要向智能化方向发展。一是建立卫星测运控一体化的无人值守地面管理系统，仅用一套地面设备实现多颗低轨卫星的测控和运控管理工作。二是建立“有需求、有服务，无需求，不打扰”的星地工作模式，星上采取主动请求式按需管控，充分利用星上先进计算能力、智能信息处理能力，可以自主向地面发出请求，从而实现真正意义上的“按需管控”，减轻地面负担。三是逐步采用随机接入管控模式，借鉴蜂窝移动网络的随机接入机制，将卫星、测控站分别作为移动终端和基站，将单圈次测控过程看作一次移动终端与基站的数据交互，在地基测控网中引入随机接入技术。

2.从单星测运控向多星测运控发展

当前在轨运行的商业卫星数量也呈几何式增长，任务需求日趋多样，任务模式日益复杂，在轨管理包括卫星编队、卫星星群、卫星星座等多种新需求，可见多样化测运控需求时期即将到来，这必然对测运控用网提出了更高要求。因此，商业航天测运控必须发展多颗在轨卫星的高效测运控管理，提高多任务并行管理、星座及飞行编队协同控制、异常处置、碰撞规避和自动化任务操作等能力，增强健康状态评估、在轨快速维护和空间资源重组能力，推动智能化、无人化、精细化测运控技术突破，提升多星在轨管理的综合管理效益，实现低成本运营。

3.从卫星测运控向多元化发展

未来在轨卫星数量庞大，卫星测运控业务也将慢慢由普通卫星测运控向多元化服务发展。一是火箭测控商业化。随着商业发射慢慢成熟，火箭测控也可逐步实现商业化，高效的火箭测控任务可为各类火箭的发射做好保障工作。二是空间安全评估预警。在轨卫星数量的几何式增长降低了空间安全系数，利用卫星测运控来提升空间安全性分析能力，可以实现对空间平台安全、空间活动安全的有效评估和提前预警。三是快速调度卫星资源。针对空间事件的快速反应，卫星测运控网络必须具备快速响应各类任务需求的能力，实现对发射、变轨、碰撞、陨落、解体、爆炸等多类型空间事件的快速响应和分析评估，并实现网内资源的快速调度保障。

4.形成全域资源综合监控能力

目前空间信息网络在管理与使用中呈现出高度复杂化趋势，一方面，网内功能实体类型多样、性能差异大、多代设备并存，传统管理手段难以为继；另一方面，测运控数传任务越来越复杂，个性化需求尤其是快速响应需求越来越多。因此，在目前地基测运控网管理的基础上，商业航天测运控推进高效敏捷的信息化管理势在必行。测运控业务需要发展星间链路管理和天地一体化空间网络管理能力（包括资源调度、状态配置、集中监控等），提高系统快速重组、灵活扩展能力，智能化、集约化运行能力，以及全网支持效率和响应速度，实现远程集中操控、参数集中配置、状态自动检测、自主跟踪运行、远程故障诊断等全域资源综合监控，实现星间链路、星地链路、地面链路的统一管理，形成从航天器到终端用户的“端到端”网络化、全链路管理能力。

5.从测运控产业向数据应用发展

航天产业的最终价值实现体现在应用，特别是空间数据的应用上，卫星测运控的目的也是得到可利用的各类通、导、遥载荷应用数据。因此，未来卫星测运控业务将与卫星数据应用紧密集合。商业航天测运控应在提供卫星测运控服务的基础上，针对用户特定需求，开展个性化服务，向用户提供全球数据接收站网接收的数据，以及数据共享、数据交换与分发服务；在数据存储与管理系统的模式上，发展云平台空间数据服务系统，并通过标准的信息交换协议，向各类用户提供卫星接收数据的深加工、共享、分发等服务；利用当前快速发展的人工智能技术，在卫星数据应用方面开展研究，提供行业应用服务。

四、商业航天测运控公司发展对策建议

基于以上分析，商业航天测运控作为商业航天系统中专业且独立的枢纽环节，将发挥更大的作用。精细化的市场分工决定了商业卫星研制/拥有方主要聚焦商业卫星研制生产和卫星数据深度应用，所以卫星在轨运行的控制管理必须由高水平专业化服务公司承担。商业卫星测运控客户选择服务企业的主要考量包括团队、技术、专业、经验、设施、服务、价格等多方因素，因此，商业航天测运控公司提高市场竞争力需要从以下4 个方面入手。

1.提高核心技术能力，主动布局大型星座测运控

全球导航、通信及遥感等一些卫星任务需要多颗卫星按照一定规则和形状组网，使地球上任意地区在任意时间都能被系统中至少一颗卫星覆盖。目前国内宣布商业星座计划的主要有航天科技集团的“鸿雁”星座、航天科工集团的“虹云”和“行云”计划、银河航天银河Galaxy 星座、国电高科“天启”星座、合德宇航“天行者”星座、九天微星“物联网”星座、天仪研究院“天格”计划、零重力空间“灵鹊”星座等。这些星座计划规模都有上百颗卫星，对测运控的技术和管理能力都提出了很高要求。相关企业可以通过行业内资源整合和业务合作承接大型星座测运控业务，这对提高技术水平和品牌影响力都具有重要意义。

2.提高测控站覆盖率，尽量实现全球布站

目前国内的商业航天测运控网建设大多采用国内“大三角”布局测控站建设，即在我国东北、海南和西北分别建设测控站。经分析，“大三角”布局后的全球测控圈次覆盖率仅能达到47%，时间覆盖率仅能达到8.86%。若在全球范围内选择合适地点增加一个国际测控站，则圈次覆盖率可提高到70%以上，时间覆盖率仅能达到16%以上，而且测控范围重叠小，测控网性价比高。因此，为了承揽全球性星座计划的测控业务，卫星测运控公司在我国境内不仅要实现国内测控全覆盖，还要通过自建自用、业务合作或购买服务等多种方式增加在全球建设的测控站数量，提高时空覆盖率。

3.重视数据应用业务，逐步提供多元化服务

在提供卫星测运控服务的基础上，卫星测运控公司要发展星座轨道设计、频率与轨位申请、测控站软硬件集成、工程实施咨询等多元化服务，拓展市场应用方向，带动客户资源上涨，提前布局抢占市场。同时，借助云计算、大数据和5G 技术发展契机，推动产业链下游应用，将数据传输、接收、存储和转发等多种类增值服务作为未来发展的重要业务方向之一。

4.提高运行效率，降低管理成本

在国内具备发展商业航天的大环境以后，成本过高就会成为制约商业航天发展的突出问题。有效减少商业卫星的投入成本，不仅需降低研制成本，而且要更多着眼于卫星在轨运行的管理成本。因此，商业测运控公司必须致力于提高商业卫星测控、数传星地链路等一体化管理的能力，降低测运控服务的组网、维护、运行等成本，从而减少用户卫星在轨运行管理成本。

航天测运控是航天工程的重要组成部分，伴随着商业航天的发展，测运控技术及商业模式必将迎来新的变革。本文基于我国商业航天实际情况，对标国际典型航天测运控企业，总结了未来商业测运控发展趋势，并提出了测运控公司的发展策略。不过商业航天测运控面临的技术难题、需要的巨大资金投入及存在的国际间政策壁垒等问题仍需要政府加强政策支持，以鼓励和规范商业航天测运控行业持续健康发展。