像“造飞机”那样生产卫星 10万颗星座计划引发的“卫星工厂竞赛”

发表于 4年以前 | 总阅读数：805 次

图源：Twitter/Michael Sheetz

起步晚于Space X的中国商业航天企业，在“新基建”浪潮的涌动下，正在加快追赶的步伐。

中国第一个民营卫星工厂——九天微星智能卫星工厂近日也在河北省唐山市路南区正式开工。这是卫星互联网纳入国家新基建后首个落地的重大项目，将于2021年初建成投产，届时可实现年产100颗以上百公斤级卫星的产能。

随着新一轮的“太空竞赛”打响，据不完全统计，截至目前，对近地球轨道“虎视眈眈”的卫星已近10万颗，庞大的发射计划倒逼卫星制造必须进入“工业化”阶段。在这个赛道，中国同样需要跑得更快一些。

对近地球轨道“虎视眈眈”的卫星已近10万颗，图源：YouTube/Analytical Graphics, Inc

中国首个民营卫星工厂

“九天卫星工厂，未来大有可为”，这是“共和国勋章”获得者、“两弹一星”功勋科学家孙家栋为9月1日开工的九天微星卫星研发制造基地开工所做题词，“大有可为”四字颇有深意。

9月1日，中国首个民营卫星工厂在河北唐山正式开工，图源：九天微星

传统意义上，航天应用属“国家队”领域，发射的卫星通常与地球同步轨道，采用定制化生产方式，设计、制造、发射周期理论上需要26~32个月，也正因生产周期长、技术和成本门槛高。

截至2019年底，中国在轨卫星300多颗，而全球在轨卫星数量为2218颗。

图源：光大证券

然而，未来10年内，10万颗低轨卫星将有可能在太空中重新定义“星罗棋布”：Space X的“星链计划”4.2万颗、Oneweb星座4.8万颗、亚马逊的柯伊伯(Kuiper)星座3236颗……国内的卫星星座计划也已启动。

据不完全统计，发射数量在30颗以上的有10个项目，其中，国字头背景的“鸿雁”星座计划发射300颗卫星，“虹云”星座计划发射156颗卫星。

图源：光大证券

如此庞大的发射计划，迫使卫星的设计和生产方式必须发生根本变化。

星座发射计划基本都在距离地球2000公里以内的近地轨道，其卫**星体积小、重量轻、在轨寿命短，且星座式组网方式可以做到一次性论证和设计，**批量生产，卫星的生产周期降至数周甚至天。这些都让商业资本进入卫星生产成为可能。

今年4月，国家发改委将卫星互联网划定为“新基建”信息基础设施之一，商业航天行业发展从“游击战”转为“阵地战”。有数据显示，国内上半年卫星互联网相关企业新注册1128家，同比增长158%。

图源：企查查

作为国内最早布局卫星互联网的企业之一，九天微星曾在2018年率先完成百公斤级近轨卫星的发射和运营，并在2017年启动了通信系统及地面终端研发。

一位九天微星的内部人士回忆，当时她刚进入公司不久，九天微星的首个物联网卫星还未上星，团队便已经开始论证卫星智能制造产线的方案。

截至目前，九天微星已完成6轮融资，融资总额累计超过5亿元，是国内民营卫星领域融资最多的企业。

此次唐山工厂开工，意味着中国商业资本正式进入卫星生产阶段，而据九天微星联合创始人兼总裁彭媛媛透露，新一轮的B+融资也已启动。

让卫星生产“有节拍”

卫星制造主要包括卫星整体制造、部组件和分系统制造，中金公司在一份名为《商业航天：谁能成为中国的 SpaceX？》中指出，卫星从传统的“定制化”开始走向“工业化”大规模生产的关键，是四个变革：模块化设计、智能化生产、快速 AIT（总装、测试与试验）、优化供应链。

图源：中金公司研究部

简单理解，是采用柔性（脉动）生产线、智能化设备，将模块化后的通用部件进行快速AIT，从而大大节约生产时间。

图源：中金公司研究部

“脉动生产线”的概念，源自飞机制造。以往飞机制造是固定站位，工程师按照线性步骤装配，脉动式则将飞机分成5个相对固定站位，同时对飞机的5个部分进行装配作业，完成之后再将飞机向前移动，从而实现多架飞机同时装配，这种移动便叫脉动。

柔性（脉动）生产线就像下饺子一样并行操作，图源：央视

Oneweb与空客公司合作的卫星工厂，率先采用了这种AIT方式。

Oneweb官网上的一篇文章详细介绍了其生产过程：每条装配线上有四个模块生产工位，每个站点，由制造工程师、工业机器人组成将每个组件按照标准组装。

每个部件都是模块化的，四个模块可以像盒子的四个侧面一样装配在一起，而且所有生产过程都是并行进行，从而保证高效。

建造完每个模块后，AGV机器人再将其运送到装配站，由那里的团队将卫星总装在一起，每个成品约是洗衣机的大小。

Oneweb装配线和组装成品，图源：Astronautika.lt、OneWeb

“卫星总装脉动生产线有点像按节拍移动，”九天微星的唐山工厂也正在做这样的尝试，其相关人士介绍，卫星舱板组装站点、集成总装站点、试验测试站点固定不动，由潜伏式AGV机器人作为转运工具，将生产好的卫星部件，按照设定好的“节拍”在不同站位间进行移动，以此确保在短周期、低成本的情况下，灵活批量化生产50-500公斤级卫星。

目前，Space X和Oneweb均已实现自给自足。Space X在7月下旬的一次简报中向FCC（美国联邦通讯委员会）表示，目前Starlink每月建造120颗卫星，以此计算，Space X日产卫星4颗，一年可生产1440颗。**Oneweb尽管还在破产重组中，但工厂此前已经实现日产两颗卫星**。

九天微星一期工程的目标是年均生产百颗卫星，其相关人士透露，这是根据发展阶段，充分评估资金利用效率后做出的规划，后期随着需求增长，有可能会通过增设产线、优化工艺提高产线运行效率等方式，持续提高产能。

全球“争夺”太空

随着美国降下“技术铁幕”，卫星互联网在“新基建”中的战略意义将可能进一步突破。

一系列针对华为的限制都表明，美国和英国对在5G时代失去通信领域主导地位的不甘，而且试图在6G（包括卫星互联网在内的天地一体网）弯道超车。

曾在3月陷入破产危机的Oneweb，今年7月获得英国政府和印度移动网络运营商巴蒂财团10亿美元的注资，由此，英国政府获得“英国首个太空主权能力”，而商业和卫星运营业务会交由印度最大电信运营商 Bharti Global 负责。

就在宣布重组计划前不久，Oneweb提出了比Space X更为激进的星座计划：4.8万颗卫星。

Space X的星链也取得了突破性进展，就在前几天，它首次成功在轨道上测试了星链卫星的“激光通信”，将两个卫星用“太空激光器”相连，允许彼此之间交换数据，而不是将其来回传送到地面，这种方式大大降低了时延，能够传输数百GB的数据。

根据计划，Space X将在今年年底之前在美国北部和加拿大南部提供Starlink作为商业服务，并计划“在2021年将全球人口覆盖全球”。

图源：YouTube/Darth Vader's Videos

频率更是稀缺资源。2019年11月20日，国际电联通过新版低轨卫星通信频段分配方案，采用先发先得原则，只要7年内发射一颗卫星并在随后7年内将申请的卫星数量全部发射完成，便可以占用相应频段。这意味着，谁先将卫星送上天空，谁便在太空中占有一席之地。

批量生产卫星，难还是不难？

然而，随着多星发射技术逐渐成熟，制造能力将逐渐成为卫星互联网的瓶颈。

卫星总装上市公司中，中国卫星是龙头，在回答一名投资者对于“卫星生产从单体小批量到大批量规模化生产的布局和规划问题”时，中国卫星回答表示，所属子公司航天东方红、深圳东方红开展了自动化总装、自动化测试等方面的尝试和探索，但鉴于卫星研制流程的复杂性，距离形成流水线式的工业化卫星生成模式尚存在一定差距。