關(guān)注航天技術(shù)與人類生活聚焦航天收入與政府投入
——2015年《航天報(bào)告》摘編

關(guān)注航天技術(shù)與人類生活聚焦航天收入與政府投入
——2015年《航天報(bào)告》摘編

2015年7月，美國(guó)航天基金會(huì)發(fā)布最新版《航天報(bào)告》。該報(bào)告全文共85頁(yè)，詳細(xì)介紹了2014年全球航天產(chǎn)品與服務(wù)、航天經(jīng)濟(jì)、航天基礎(chǔ)設(shè)施和航天人力資源的最新進(jìn)展。本文摘編了該報(bào)告中與衛(wèi)星應(yīng)用有關(guān)的部分。

過(guò)去10多年，美國(guó)航天基金會(huì)研究團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期跟蹤和分析全球航天產(chǎn)業(yè)、政府投資航天的政策及其優(yōu)先領(lǐng)域，以及影響各國(guó)航天活動(dòng)的趨勢(shì)。每年發(fā)布的《航天報(bào)告》都聚焦讀者最感興趣的熱點(diǎn)。從2015年起，美國(guó)航天基金會(huì)將向感興趣的用戶提供在線服務(wù)，獲取所有《航天報(bào)告》的研究成果及其該報(bào)告從未提供的各種新數(shù)據(jù)。

一、航天產(chǎn)品與服務(wù)

從防火內(nèi)衣設(shè)計(jì)、神經(jīng)外科手術(shù)臂到衛(wèi)星搜救和預(yù)報(bào)各種自然災(zāi)害，航天技術(shù)的每一個(gè)進(jìn)步都與改善大眾的日常生活息息相關(guān)。航天產(chǎn)品和服務(wù)已經(jīng)或正在解決人類日常生活中面臨的難題。

1.航天產(chǎn)品和服務(wù)拯救人的生命

2014年入選航天基金會(huì)“航天技術(shù)年度名人堂”的航天產(chǎn)品與服務(wù)只有兩項(xiàng)。一是全球衛(wèi)星搜救系統(tǒng)（COSPAS—SARSAT），二是神經(jīng)外科手術(shù)臂（NeuroArm），它們均被用于以不同方式拯救人的生命。

無(wú)論你是在深山徒步旅游、滑雪，或是在大海中航行，一種名叫全球衛(wèi)星搜救系統(tǒng)的航天技術(shù)都會(huì)在你遇到災(zāi)難時(shí)及時(shí)拯救你的生命。該系統(tǒng)最早是在1979年由美國(guó)、加拿大、法國(guó)和蘇聯(lián)聯(lián)合組建，現(xiàn)已成為天基搜索救援系統(tǒng)和國(guó)際組織。該系統(tǒng)于1985年投入運(yùn)行，目前參加該國(guó)際機(jī)構(gòu)的成員已增至43個(gè)，并在11顆低軌道（LEO）和靜止軌道（GEO）衛(wèi)星上搭載了搜救載荷，用于在全球搜索遇難者發(fā)出的呼救信標(biāo)。分布在全球的31個(gè)任務(wù)控制中心（MCC）一旦探測(cè)到這種信標(biāo)便會(huì)迅速派遣救援隊(duì)前往出事地點(diǎn)營(yíng)救。據(jù)統(tǒng)計(jì)，迄今全球共收到15億個(gè)呼救信標(biāo)，按此比例預(yù)計(jì)到2020年會(huì)再增加11億個(gè)信標(biāo)。截至2012年該搜救系統(tǒng)在接近10000次搜救行動(dòng)中已成功營(yíng)救35000人。

圖1 全球衛(wèi)星搜救系統(tǒng)（COSPAS—SARSAT）模擬實(shí)驗(yàn)（來(lái)源：NASA）

加拿大和美國(guó)研制開(kāi)發(fā)用于幫助航天員在外太空維修操作的機(jī)械臂技術(shù)現(xiàn)已用于地球上幫助神經(jīng)外科醫(yī)生在內(nèi)太空進(jìn)行神經(jīng)外科手術(shù)。這種名叫神經(jīng)外科手術(shù)臂的設(shè)備就是從國(guó)際空間站所用機(jī)械臂技術(shù)移植過(guò)來(lái)的，它是一種用于微創(chuàng)手術(shù)的機(jī)器人手臂。神經(jīng)外科手術(shù)臂借助阿波羅登月技術(shù)轉(zhuǎn)移的核磁共振成像（MRI）的遙控指導(dǎo)，進(jìn)行非常精細(xì)的手術(shù)過(guò)程。當(dāng)神經(jīng)外科醫(yī)生在手術(shù)室鄰近的操控室里操縱手術(shù)臂成功完成第一組手術(shù)程序后，手術(shù)臂會(huì)根據(jù)MRI儀器提供的更高清晰度圖像繼續(xù)進(jìn)行更精細(xì)的修正。這種更精確的升級(jí)版手術(shù)臂就是正在研發(fā)的第二代神經(jīng)外科手術(shù)臂（NeuroArm II），它將有助于減少手術(shù)中可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤，給病人康復(fù)提供最好機(jī)會(huì)。

圖2 機(jī)械臂技術(shù)用于神經(jīng)外科手術(shù)

2.航天技術(shù)改變你的旅游和生活方式

衛(wèi)星導(dǎo)航、智能手機(jī)及其應(yīng)用軟件的融合正在深刻改變?nèi)祟惖某鲂泻蜕罘绞健?duì)于那些想跨越全歐洲旅游的自駕或個(gè)性化旅游者來(lái)說(shuō)，這種技術(shù)提供了自助導(dǎo)游服務(wù)。應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)商，如緯度N軟件，就是將衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)與制圖軟件、圖像和旅游（地理）內(nèi)容相結(jié)合，為旅游者提供個(gè)性化旅游體驗(yàn)。另一款名叫Farol城市指南的旅游軟件，利用衛(wèi)星定位技術(shù)快速顯示旅游者周圍的各種遺址、建筑物、咖啡店和重要旅游景點(diǎn)，使外地旅游者能像本地人一樣在任何城市自助旅游。

衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)與在線地圖的相互融合，促進(jìn)了網(wǎng)上購(gòu)物和物流快遞業(yè)的快速發(fā)展。在許多城市，消費(fèi)者從網(wǎng)上商店訂購(gòu)物品，通常都能在當(dāng)天或兩天內(nèi)快遞到戶?？爝f公司的軟件采用衛(wèi)星導(dǎo)航及其跟蹤技術(shù)允許客戶實(shí)時(shí)追蹤包裹的位置，同時(shí)快遞公司也能監(jiān)視該包裹的實(shí)時(shí)狀態(tài)。智能手機(jī)軟件內(nèi)的衛(wèi)星導(dǎo)航定位功能為客戶提供了實(shí)時(shí)跟蹤包裹運(yùn)送的進(jìn)程。當(dāng)天快遞上門的服務(wù)也采用了相同的追蹤技術(shù)，以便將包裹快速分撿到距客戶最近的快遞員手里。

圖3 衛(wèi)星導(dǎo)航定位應(yīng)用于物流快遞

過(guò)去大眾消費(fèi)者要想得到高分辨率商業(yè)衛(wèi)星圖像是幾乎不可能的，因?yàn)樗枰踩块T的嚴(yán)格審批。如今這種高分辨率衛(wèi)星圖像不僅容易獲取，而且價(jià)格不貴。美國(guó)有一些公司（如軌道邏輯公司）將其開(kāi)發(fā)的應(yīng)用軟件放在智能手機(jī)內(nèi)，供大眾下載，從而使普通大眾獲取衛(wèi)星圖像的難題變成現(xiàn)實(shí)。這種叫做SkyMeSat的應(yīng)用軟件，于2013年底對(duì)外發(fā)布。假如你想獲得中國(guó)西昌航天發(fā)射場(chǎng)的過(guò)頂衛(wèi)星圖像，或是想獲取世界任何地方的圖像，只需在你的智能手機(jī)的觸摸屏上用手指輕輕觸點(diǎn)你所想要的目標(biāo)區(qū)，你就能訂購(gòu)該目標(biāo)區(qū)0.3m分辨率的衛(wèi)星圖像。這種高分衛(wèi)星圖像的售價(jià)決非以前政府所要付出的幾百萬(wàn)美元，而是只需按每平方千米20美元的低價(jià)售給個(gè)人。地球表面上幾乎所有地區(qū)的高分辨率衛(wèi)星圖像都可通過(guò)上述軟件的訂購(gòu)方式發(fā)送到你的手機(jī)上。

3.航天技術(shù)改善能源、資源和環(huán)境管理

2014年8月，美國(guó)加州納帕谷發(fā)生6.0級(jí)地震后，歐洲航天局、美國(guó)地質(zhì)勘探局和谷歌等機(jī)構(gòu)都及時(shí)提供了震區(qū)受災(zāi)情況的衛(wèi)星圖像。美國(guó)地質(zhì)勘探局提供的衛(wèi)星圖像經(jīng)谷歌處理后發(fā)表在“谷歌地球”上的產(chǎn)品顯示了納帕市區(qū)建筑物損毀的情況。這些可見(jiàn)光圖像只能顯示損毀建筑物的外觀，但歐洲哨兵-1A衛(wèi)星合成孔徑雷達(dá)拍攝的震前震后對(duì)比圖像卻更深層地揭示地表以下的災(zāi)情。該衛(wèi)星每12天飛越災(zāi)區(qū)一次，自動(dòng)記錄了特定地區(qū)的地形變化，顯示了同一地點(diǎn)兩次觀測(cè)出現(xiàn)的地面變形，并繪制出震前震后干涉圖。

利用衛(wèi)星探礦已有很長(zhǎng)歷史。但這項(xiàng)技術(shù)被一家新組建的Terra回收公司用來(lái)尋找垃圾填埋場(chǎng)，真可謂是一種驚人的創(chuàng)新應(yīng)用。該公司首先利用衛(wèi)星遙感圖像在英國(guó)和北美地區(qū)尋找富含足夠鋁金屬或稀有貴重金屬材料的垃圾填埋場(chǎng)，然后再用無(wú)人機(jī)低空詳查測(cè)定其準(zhǔn)確位置。若用傳統(tǒng)方法尋找可能富含金屬的填埋場(chǎng)，通常需要鉆探許多25m深的洞提取其鉆探樣品才能識(shí)別。在英國(guó)，大約有25000個(gè)垃圾填埋場(chǎng)，每次鉆探采樣需花費(fèi)2000美元，如果沒(méi)有衛(wèi)星圖像幫助尋找填埋場(chǎng)而是采用鉆探取樣這種“大海撈針”的方式，不僅耗費(fèi)金錢，還不能快速找到具有開(kāi)采價(jià)值的垃圾填埋場(chǎng)。因此采樣衛(wèi)星遙感技術(shù)尋找垃圾填埋場(chǎng)是一種既省錢又高效的“探礦”方式。

4.媒體與航天互動(dòng)的典型案例

社交媒體和航天公關(guān)部門共同努力，在每次重大航天發(fā)射活動(dòng)或探月和火星探測(cè)期間開(kāi)展各種航天科普宣傳運(yùn)動(dòng)，對(duì)吸引大眾參與航天，激發(fā)青少年熱愛(ài)航天，探索宇宙奧秘具有重大意義。印度、中國(guó)和美國(guó)在探測(cè)火星和月球的重大時(shí)刻，新聞媒體和社交網(wǎng)絡(luò)與航天部門公關(guān)人員互動(dòng)，都有許多成功案例。尤其是馬航MH370航班失聯(lián)初期，不僅有許多國(guó)家發(fā)布衛(wèi)星照片協(xié)助搜救行動(dòng)，而且還有美國(guó)數(shù)字地球公司在其網(wǎng)站上公布MH370可能途徑的高分衛(wèi)星照片，讓全世界志愿者從照片上尋找馬航的蛛絲馬跡。這是媒體與航天公司互動(dòng)的典型案例。

二、全球商業(yè)航天收入與政府航天投入

2014年全球航天活動(dòng)繼續(xù)保持穩(wěn)定增長(zhǎng)趨勢(shì)。商業(yè)航天收入加上各國(guó)政府航天預(yù)算投入總計(jì)3300億美元，比2013年增長(zhǎng)9%。圖4顯示了2014年全球航天經(jīng)濟(jì)活動(dòng)中商業(yè)航天收入和政府預(yù)算投入所占的比例。表1顯示出了2005～2014年10年間全球商業(yè)航天收入與政府航天投入歷年的增長(zhǎng)變化。

圖4 2014全球商業(yè)航天收入與政府航天投入

表1 2005～2014年全球商業(yè)航天收入與政府航天投入的增長(zhǎng)變化 億美元

從圖4可以看出，2014年商業(yè)航天基礎(chǔ)設(shè)施及其支持產(chǎn)業(yè)（包括航天器制造、在軌平臺(tái)、地面設(shè)備、以及發(fā)射服務(wù)、獨(dú)立研發(fā)和保險(xiǎn)）收入高達(dá)1276.5億美元（不含政府航天基礎(chǔ)設(shè)施的開(kāi)支），比2013年的1084.8億美元增長(zhǎng)了17.7%，成為2014年增長(zhǎng)的最大貢獻(xiàn)者。其中驅(qū)動(dòng)這一增長(zhǎng)的主要?jiǎng)恿κ侨驅(qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）接收設(shè)備銷售收入。而商業(yè)航天產(chǎn)品和服務(wù)的收入?yún)s只有2.4%的微增長(zhǎng)，即從2013年的1202.5億美元增長(zhǎng)至1231.8億美元，表2顯示出了2014年商業(yè)航天基礎(chǔ)設(shè)施及其支持產(chǎn)業(yè)各部分收入詳情。

表2 2014年商業(yè)航天基礎(chǔ)設(shè)施及其支持產(chǎn)業(yè)收入 億美元

2014年全球各國(guó)政府航天投入共計(jì)791.7億美元，比上年增長(zhǎng)7%。政府航天投入占2014年全球航天經(jīng)濟(jì)收入的25%。其中美國(guó)政府的航天投入為429.6億美元，比2013年的417.5億美元僅增長(zhǎng)2.9%。其余各國(guó)政府在2014年的航天投入達(dá)到362.1億美元，比上年增長(zhǎng)12.9%。

（1）發(fā)射服務(wù)業(yè)

2014年全世界共進(jìn)行了92次航天發(fā)射，其中成功入軌90次，23次發(fā)射為商業(yè)載荷，其余69次發(fā)射為政府的軍民用載荷。歐洲航天產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)（Eurospace）估計(jì)，2014年全球發(fā)射服務(wù)業(yè)市場(chǎng)價(jià)值為81億美元，比2013年的67.6億美元增長(zhǎng)20%。在價(jià)值81億美元市場(chǎng)中，商業(yè)發(fā)射收入約23.9億美元，國(guó)際空間站發(fā)射服務(wù)支出13.7億美元，政府民用發(fā)射支出18.7億美元，軍用發(fā)射支出24.7億美元。若按軌道劃分，靜止軌道（GEO）發(fā)射支出32.8億美元，低軌道（LEO）發(fā)射支出32.9億美元，其余軌道發(fā)射支出15.3億美元。

（2）航天器制造業(yè)

在2014年的92次航天發(fā)射中，共將296個(gè)航天器送入不同軌道，其中有135顆重量不足10kg的納衛(wèi)星。這類微小衛(wèi)星發(fā)射數(shù)量的迅猛增長(zhǎng)是與近幾年美國(guó)立方體衛(wèi)星的大量普及有關(guān)。

除了135顆納衛(wèi)星外，另外的161個(gè)航天器分別執(zhí)行不同的任務(wù)：50顆為通信衛(wèi)星，15顆為導(dǎo)航衛(wèi)星，36顆為地球觀測(cè)和氣象衛(wèi)星，11顆為科學(xué)衛(wèi)星，19顆為技術(shù)試驗(yàn)和在軌驗(yàn)證衛(wèi)星，10顆為軍用情報(bào)衛(wèi)星，14次發(fā)射為國(guó)際空間站服務(wù)，余下6次為其他任務(wù)。

據(jù)歐洲航天產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)估計(jì)，2014年航天器制造業(yè)市場(chǎng)價(jià)值為293.4億美元，比2013年的339.6億美元減少13.6%。減少的主要原因是美國(guó)高價(jià)值軍用衛(wèi)星發(fā)射數(shù)量銳減。圖5和圖6分別顯示了2012-2014年間航天器制造業(yè)按軍民商種類和按國(guó)別表示的市場(chǎng)價(jià)值。

圖5 2012-2014年航天器制造業(yè)市場(chǎng)價(jià)值（按軍、民、商、載人航天分類）

圖6 2012-2014 年航天器制造業(yè)市場(chǎng)價(jià)值（按國(guó)家統(tǒng)計(jì)分析）

（3）國(guó)際空間站

國(guó)際空間站的伙伴國(guó)已同意繼續(xù)支持空間站的成員輪換和貨物補(bǔ)給直到2020年，而美國(guó)卻打算延長(zhǎng)國(guó)際空間站至少到2024年。2014財(cái)年NASA用于運(yùn)營(yíng)國(guó)際空間站的總投入為29億美元。在過(guò)去的14年期間，各伙伴國(guó)用于建造國(guó)際空間站的總投入達(dá)到1000億美元，其中利用運(yùn)載火箭和航天飛機(jī)進(jìn)行了100多次運(yùn)輸和組裝才完成國(guó)際空間站的建造。

2014年美、俄、歐共進(jìn)行了14次與載人航天有關(guān)的載人載貨任務(wù)，其中10次載貨，4次載人。

（4）地面站和終端設(shè)備制造業(yè)

地面站和終端設(shè)備制造業(yè)包括航天操作中心、通信網(wǎng)絡(luò)、遙操作終端和跟蹤站，以及衛(wèi)星電話、衛(wèi)星電視接收機(jī)和移動(dòng)電話內(nèi)的導(dǎo)航芯片等。

2014年地面站和終端設(shè)備制造業(yè)全球市場(chǎng)的銷售收入達(dá)到1196億美元，比2013年增長(zhǎng)18%。它也是商業(yè)航天基礎(chǔ)設(shè)施和支持產(chǎn)業(yè)這部分收入的最大貢獻(xiàn)者，約占其市場(chǎng)總值的94%。而在地面站和終端設(shè)備的1196億美元總收入中，2014年衛(wèi)星導(dǎo)航設(shè)備的收入又占其總收入的76%，達(dá)到913.3億美元，其余占第二位的終端設(shè)備收入，如衛(wèi)星電視、衛(wèi)星電話、衛(wèi)星寬帶等在2014年亦有較大增長(zhǎng)，達(dá)到179億美元，比上年增長(zhǎng)了23億美元。

2.商業(yè)航天產(chǎn)品和服務(wù)收入

2014年全球商業(yè)航天產(chǎn)品和服務(wù)收入增長(zhǎng)趨緩，僅增長(zhǎng)2.4%，達(dá)到1231.8億美元。其中衛(wèi)視直播（DTH）收入占77%，達(dá)到950億美元，衛(wèi)星通信（包括固定和移動(dòng)）收入217億美元，衛(wèi)星無(wú)線廣播41.8億美元，地球觀測(cè)收入23億美元。

衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)品和服務(wù)的收入雖未包含在這一部分內(nèi)，

但已包含在上述商業(yè)航天基礎(chǔ)設(shè)施及其支持產(chǎn)業(yè)的地面站與終端設(shè)備收入中（見(jiàn)表2）。據(jù)歐盟GNSS監(jiān)管局（GSA）最新發(fā)布的報(bào)告估計(jì)，2014年衛(wèi)星導(dǎo)航定位授時(shí)（PNT）產(chǎn)業(yè)核心市場(chǎng)收入呈現(xiàn)迅猛增長(zhǎng)勢(shì)頭，從2013年的756億美元猛增到2014年的913億美元。其中2014年全世界共有30多億部智能手機(jī)和其他移動(dòng)裝置內(nèi)融入了衛(wèi)星導(dǎo)航芯片，另有36億個(gè)行業(yè)應(yīng)用的PNT芯片安裝在交通、勘測(cè)和農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域的設(shè)備中。在增強(qiáng)系統(tǒng)的支持下，其位置服務(wù)的定位精度達(dá)到0.3m。歐盟GNSS監(jiān)管局預(yù)測(cè)，到2019年，全球具有衛(wèi)星導(dǎo)航定位功能的移動(dòng)設(shè)備將會(huì)超過(guò)70億部，其主要的增長(zhǎng)地區(qū)在亞太。

3.政府航天投入

2014年世界各航天國(guó)家在航天領(lǐng)域的投入增長(zhǎng)了7%，達(dá)到791.7億美元。其中美國(guó)的航天投入占全球總投入的54%。

表3顯示了美國(guó)國(guó)家安全航天投入的具體項(xiàng)目（不含保密的航天項(xiàng)目）。

表4顯示了除美、俄、中等航天大國(guó)外，選擇的10個(gè)國(guó)家的航天投入與GDP的比例。由此得出2014年全球平均的航天投入與GDP比例為0.041%。

表3 2011-2015財(cái)年美國(guó)國(guó)家安全航天主要項(xiàng)目經(jīng)費(fèi) 億美元

表4 2014年若干國(guó)家航天投入與GDP的百分比

三、2014年全球航天活動(dòng)商業(yè)收入與政府航天投入數(shù)據(jù)匯總

表5顯示了2014年全球航天活動(dòng)商業(yè)收入與政府航天預(yù)算投入的所有重要數(shù)據(jù)匯總。

需要說(shuō)明的是，在2014年全球航天活動(dòng)的收入中僅僅統(tǒng)計(jì)了商業(yè)部分的收入。例如本報(bào)告中2014年航天器制造業(yè)的市場(chǎng)價(jià)值為293.4億美元，而在表5中衛(wèi)星制造業(yè)的商業(yè)收入僅為47.5億美元，顯然載人航天等未統(tǒng)計(jì)在內(nèi)。

此外，各國(guó)航天預(yù)算投入所列數(shù)據(jù)由于每年采集數(shù)據(jù)來(lái)源不同，因此相加后的百分率不會(huì)是100%。

值得一提的是，美國(guó)航天基金會(huì)在本報(bào)告中給出的中國(guó)航天投入的估算值為42.82億美元。這一估值是按2014年全球航天投入與GDP的平均比例（0.041%）推算出來(lái)的，即中國(guó)2014年GDP總值為64.453萬(wàn)億人民幣，按0.041%比例估算出中國(guó)的航天收入。

表5 2012-2014年全球航天活動(dòng)收入與航天預(yù)算投入數(shù)據(jù)匯總 億美元

● 廖春發(fā) 張曼倩 譯