顛覆式創(chuàng)新下衛(wèi)星制造巨頭謀轉(zhuǎn)型

+ Tereza Pultarova《Via Satellite》/文 沈永言（中國衛(wèi)通 ）/譯

由于運營商對于即將到來的巨型星座如何改變衛(wèi)星通信世界還無法作出清晰的判斷，衛(wèi)星制造業(yè)現(xiàn)在可能正處于進退兩難的迷茫之中。然而，對于制造商而言，等待并不是一個好的選擇，因為無論他們生產(chǎn)什么，都需要做好滿足客戶需求不斷增長的準(zhǔn)備。

總部位于德國不萊梅的衛(wèi)星制造商OHB的首席運營官兼董事會成員Andreas Lindenthal表示，客戶的要求總是“更好、更便宜、更快”?！皩τ谖覀兊囊恍┛蛻?，主要是通信運營商，其市場壓力已經(jīng)大大增加。因此，他們并不只是尋求這一領(lǐng)域的漸進式改進，而是正在尋找顛覆式創(chuàng)新。”

然而，這種顛覆式創(chuàng)新究竟是什么，目前還不能確定。除了高速技術(shù)開發(fā)，迫使運營商重新考慮基于大型長壽命GEO衛(wèi)星的傳統(tǒng)方法之外，經(jīng)濟環(huán)境的不斷變化，使商業(yè)模式不再像以前那樣清晰和穩(wěn)定。運營商需要能夠快速響應(yīng)，因而要求衛(wèi)星交付速度比十年前更快。“衛(wèi)星運營商告訴我們，他們已經(jīng)沒有15年、20年長期穩(wěn)定不變的衛(wèi)星運行商業(yè)案例了?！盠indenthal說，“他們受到來自客戶的壓力，要求他們提高衛(wèi)星的靈活性，因此，他們希望采購更靈活的衛(wèi)星?！?/p>

2018年，全球僅有11個（或7個）GEO衛(wèi)星訂單，延續(xù)了該行業(yè)近年來不斷下滑的趨勢。雖然制造商認為GEO衛(wèi)星訂單在未來可能會有所回升，因為企業(yè)需要訂購老化星隊的替代品，但很顯然，GEO衛(wèi)星訂單不再像過去那樣具有衛(wèi)星制造業(yè)健康狀況指標(biāo)的意義。“訂單不多，而人們正在等著看星座的表現(xiàn)會是什么樣?！笨罩锌蛙囆l(wèi)星裝配集成和測試負責(zé)人Aidan Joy說?！艾F(xiàn)在整個市場處于分析不同商業(yè)模式的狀態(tài)。但無論是星座、大型GEO，還是中型GEO，我們都會看到這些不同的商業(yè)模式趨于成熟，作為制造商，我們需要能夠做出回應(yīng)?！?/p>

無論未來的發(fā)展方向如何，制造商都認為，提供更具成本效益的解決方案、更短的交付周期和更高的靈活性的驅(qū)動力仍然存在。根據(jù)制造商的說法，實現(xiàn)目標(biāo)的方法很多，但沒有一種萬能的解決方案。

OneWeb序幕的拉開

空中客車公司處于衛(wèi)星制造革命的最前沿，它的兩條生產(chǎn)線位于圖盧茲和佛羅里達州，生產(chǎn)OneWeb星座的600顆LEO衛(wèi)星。第一批衛(wèi)星已于近期在法屬圭亞那的歐洲太空港發(fā)射。按照空中客車防務(wù)與航天公司電信衛(wèi)星負責(zé)人Arnaud de Rosnay的說法，這標(biāo)志著OneWeb序幕的拉開?！叭昵埃覀儚囊粡埌准堥_始?！眃e Rosnay說。“我們必須做所有事情——設(shè)計、建立供應(yīng)鏈、在圖盧茲和佛羅里達州建造工廠以及生產(chǎn)硬件。”

作為世界領(lǐng)先的航天器制造商之一，進入衛(wèi)星制造業(yè)的空客公司發(fā)現(xiàn)自己處于一個相當(dāng)陌生的領(lǐng)域?？湛凸镜漠a(chǎn)品組合可能包括深空探測和一些世界上最復(fù)雜的GEO電信衛(wèi)星的宏大任務(wù)。然而，因為有了OneWeb，該公司不得不從長達數(shù)年的原型或半原型生產(chǎn)轉(zhuǎn)向每天生產(chǎn)兩顆衛(wèi)星，同時保持最高水平的可靠性和質(zhì)量?！霸谖覀冊械脑O(shè)施中，每年可能制造十到二十顆衛(wèi)星?！眃e Rosnay說?！艾F(xiàn)在我們正在談?wù)摂?shù)以千計的產(chǎn)量，必須能夠非?？焖俚厣a(chǎn)大量的相同衛(wèi)星，這是一個規(guī)模的徹底變化。”

全自動化并非前進方向

空中客車已經(jīng)汲取了許多教訓(xùn)。該公司意識到完全自動化——例如用于制造汽車或飛機——并不是正確的前進方向?！拔覀儾]有大量使用自動化?！眃e Rosnay說。“我們有一些機器人和合作機器人，但并沒有達到汽車等行業(yè)的自動化水平。原因是，雖然對于衛(wèi)星制造而言，數(shù)以千計的衛(wèi)星可能相當(dāng)多，但與汽車或移動電話相比，其體量仍然相對較小?！彼f。當(dāng)然，數(shù)字智能工具可以幫助人類操作員更有效地工作，并確保每一個螺絲都能按需擰緊。

“每件設(shè)備都有一個條形碼，用于裝配設(shè)備的工具同樣也有一個條形碼，你可以掃描兩個條形碼，工具知道應(yīng)該在每個螺栓上施加什么級別的扭矩?！眃e Rosnay說道，“一旦完成，數(shù)據(jù)就會被記錄，并通過3D掃描進行驗證。所有這些確實為硬件組裝增加了價值，并消除了異常風(fēng)險，因為我們必須更快生產(chǎn)，但仍能保持高的質(zhì)量水平?！?/p>

協(xié)作方法

OneWeb衛(wèi)星生產(chǎn)線落地的最大挑戰(zhàn)之一是建立供應(yīng)鏈，以滿足制造星座所需的體量。與空中客車本身類似，過去的供應(yīng)商只需要為少數(shù)幾顆衛(wèi)星生產(chǎn)零件。因此，空客不得不經(jīng)常與各種全新的供應(yīng)商合作，而這些供應(yīng)商之前不具備提供太空級硬件的經(jīng)驗。“對于供應(yīng)鏈，我們有一個完整的協(xié)作環(huán)境?！眃e Rosnay說。“我們的供應(yīng)商變成合作伙伴，我們與他們進行了大量的協(xié)作工程，這種合作方式正在改變我們在太空領(lǐng)域工作的方式?！?/p>

de Rosnay表示，能夠使用更多商業(yè)低成本零件，而不是單個訂做的零件，有助于降低成本，縮短交付周期。他補充說，空客公司正在從非核心業(yè)務(wù)領(lǐng)域的OneWeb衛(wèi)星制造訓(xùn)練中汲取經(jīng)驗教訓(xùn)，以實現(xiàn)更高的效率。

設(shè)計新太空系統(tǒng)的工程師和制造經(jīng)理之間更好的合作和溝通是美國太空巨頭洛克希德·馬丁公司用來縮短交貨時間和削減成本的策略之一?！斑@是為了確保我們的工程師設(shè)計出的產(chǎn)品能夠高效生產(chǎn)。”該公司的發(fā)言人Mark Lewis說?！叭绻麤]有技術(shù)人員按照設(shè)計制造團隊使用工具的參數(shù)進行設(shè)計，就會產(chǎn)生障礙，速度就會打折扣?！?/p>

OHB的Lindenthal強調(diào)了增加供應(yīng)商和系統(tǒng)集成商之間信息交流的重要性，以便以最有效的方式應(yīng)對客戶日益增長的期望。

根據(jù)Joy的觀點，合作和溝通的需求也延伸到了客戶身上。只有理解客戶的需求，才能找到合適的解決方案。

備貨軟件定義衛(wèi)星 縮短交貨期

根據(jù)Lindenthal的說法，并非所有未來星座都需要數(shù)百或數(shù)千顆衛(wèi)星。對許多運營商來說，由數(shù)十個航天器組成的較小MEO或LEO星座可能是一種更經(jīng)濟可行的解決方案。因此，與空客公司用于OneWeb的系統(tǒng)相比，這種系統(tǒng)的制造需要截然不同的方法。

滿足在較短時間內(nèi)向客戶提供衛(wèi)星需求的一種方法是制造具有可編程有效載荷的靈活衛(wèi)星，并將其保存在庫存中，以供客戶隨時購買。這種方法雖然存在經(jīng)濟風(fēng)險，但可以讓運營商在訂購后的兩個月內(nèi)發(fā)射新衛(wèi)星?！拔覀兛梢愿鶕?jù)衛(wèi)星平臺和有效載荷生產(chǎn)完全靈活的衛(wèi)星?！盠indenthal說，“一旦客戶知道任務(wù)的規(guī)格，我們就會構(gòu)建軟件。軟件定義有效載荷可以很快適應(yīng)?！?/p>

根據(jù)Lindenthal的說法，提供全新有效載荷的衛(wèi)星需要長達三年的時間。借助靈活的軟件定義有效載荷，任務(wù)可在幾個月內(nèi)完成。此外，即使衛(wèi)星在軌道上，操作員也可以隨時重新編程有效載荷，以適應(yīng)不斷變化的需求。衛(wèi)星平臺本身將支持靈活性，提供進入軌道后改變位置和重新定位的能力?！耙苍S，針對特定應(yīng)用進行三到五年的衛(wèi)星操作之后，你可以重新配置同一顆衛(wèi)星，開始新的任務(wù)?！盠indenthal說，“你不需要推出一個新的（衛(wèi)星），有了靈活有效載荷和有源天線，以后可在軌重新配置?！?/p>

標(biāo)準(zhǔn)化

空中客車公司的Aiden Joy認為，靈活有效載荷是未來GEO任務(wù)的關(guān)鍵，為客戶提供長期使用資產(chǎn)，并同時具有改變?nèi)蝿?wù)規(guī)范的能力。“目前，運營商正處于一個決策階段，以考慮關(guān)于他們的最佳解決方案是什么?！盝oy說，“一般來說，一旦你啟動了一項功能，顯然，它的壽命越長，性價比就越高。如果可以用可變的有效載荷之類的靈活方式，就可以延長使用壽命，并可能將其用于不同的任務(wù)?！笨罩锌蛙嚬鞠Ｍ麑⒋笮虶EO衛(wèi)星的交付周期從3年減少到18個月。Joy表示，實現(xiàn)這一目標(biāo)的方法是進一步提高航天器的標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化程度。

空中客車公司即將推出的歐洲之星新Neo GEO總線不僅可以定制，而且還可以模塊化，因此，任務(wù)可以根據(jù)需求按比例設(shè)定。

通過實施增材制造、數(shù)字化、利用大數(shù)據(jù)優(yōu)化設(shè)計和制造等新的制造技術(shù)，可以進一步提高設(shè)計水平。雖然沒有人知道市場最終決定往哪個方向發(fā)展，但未來對靈活性的需求可能不僅適用于衛(wèi)星和有效載荷，也適用于衛(wèi)星制造本身。

“我們需要隨時準(zhǔn)備應(yīng)對市場的變化?！盝oy說，“我們的系統(tǒng)需要有靈活性，以便能夠滿足任何市場所需。未來，我們可能會建造大量GEO衛(wèi)星，然后可能需要轉(zhuǎn)向星座?！?/p>

衛(wèi)星制造業(yè)正在明顯發(fā)生變化。但它未來究竟會走向何方，只有時間能給出答案。

3D打印 衛(wèi)星制造革命的推動者

美國衛(wèi)星制造商洛克希德·馬丁公司肩負將交付周期和衛(wèi)星制造成本削減50%的任務(wù)。該公司實現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵工具之一是增材制造或稱為3D打印。雖然航天產(chǎn)業(yè)對于這種顛覆性技術(shù)的接受相當(dāng)緩慢，但洛克希德增材制造經(jīng)理Brian Kaplun表示，在過去幾年，該技術(shù)取得了一些重大進展，現(xiàn)在已成為業(yè)界主流。

洛克希德公司的第一個3D打印部件是NASA于2011年發(fā)射的朱諾號任務(wù)中使用的一個支架。從那時起，該公司的3D打印部件目錄已大幅擴展，其最新成果是用于衛(wèi)星高壓油箱的兩個大型鈦合金圓頂。這兩個圓頂高46英寸（117厘米），是洛克希德·馬丁公司為太空應(yīng)用創(chuàng)造的最大的3D打印結(jié)構(gòu)?！拔覀兡軌蝾~外生產(chǎn)熱結(jié)構(gòu)，現(xiàn)在也可以一次性建造小型衛(wèi)星的整個總線結(jié)構(gòu)，還可以將電子設(shè)備整合到我們的設(shè)計中，然后將它們構(gòu)建成一個內(nèi)聚單元?！盞aplun告訴《Via Satellite》，“我們還為一系列商業(yè)和政府客戶額外生產(chǎn)了推進劑儲罐?！?/p>

過去可能花費數(shù)年時間才能制作完成的部件，現(xiàn)在數(shù)月或數(shù)周內(nèi)就可以通過3D打印制造完成。例如，使用傳統(tǒng)鍛造技術(shù)的推進劑儲罐的供貨時間為一年半到兩年。Kaplun說，“通過增材制造技術(shù)，我們在兩周內(nèi)生產(chǎn)出了與之相當(dāng)?shù)腻懠a(chǎn)品?！?/p>

Kaplun說，增材制造使得洛克希德·馬丁公司能夠為傳統(tǒng)上需要很長時間才能制造或為傳統(tǒng)制造定制工具的部件制作預(yù)成型。得益于該技術(shù)，該公司還可以用更快的速度試驗新材料。“3D打印可以實現(xiàn)更快速的轉(zhuǎn)變。”Kaplun說，“我們可以向客戶提供測試產(chǎn)品，并進行材料分析，對于我們的材料科學(xué)來說，這確實是一項可行的技術(shù)?！?/p>

從鈦或鋁等金屬到摻有靜電和電特性添加物的聚合物，洛克希德·馬丁公司的工程師用來制造衛(wèi)星部件的材料范圍正在擴大。最近，該公司開發(fā)了一種可打印的銅材料，可直接將天線打印到結(jié)構(gòu)上。

2018年4月，洛克希德宣布與Stratasys合作，為獵戶座飛船定制3D打印部件，該飛船將于本世紀(jì)20年代初載人登月。SATNET