歐歐洲洲航航天天產(chǎn)產(chǎn)業(yè)業(yè)對(duì)對(duì)小小衛(wèi)衛(wèi)星星技技術(shù)術(shù)的的發(fā)發(fā)展展規(guī)規(guī)劃劃

付郁 韓維

（1 北京空間科技信息研究所 2 中國(guó)空間技術(shù)研究院）

根據(jù)歐洲咨詢公司《小衛(wèi)星市場(chǎng)預(yù)測(cè)》報(bào)告，2018-2027年全球發(fā)射的500kg以下的小衛(wèi)星數(shù)量預(yù)計(jì)將達(dá)到7038顆，小衛(wèi)星制造和發(fā)射收入預(yù)計(jì)將達(dá)到382億美元。同時(shí)，這一階段也將是歐盟第9個(gè)框架計(jì)劃（FP9）的實(shí)施階段，歐洲航天研究機(jī)構(gòu)協(xié)會(huì)（ESRE）向歐盟提交了《歐洲空間技術(shù)發(fā)展優(yōu)先級(jí)與路線圖（2018-2030）》，其中專門制定了歐洲小衛(wèi)星技術(shù)發(fā)展規(guī)劃，以期在歐盟FP9的資助下發(fā)展相關(guān)技術(shù)，提升歐洲小衛(wèi)星技術(shù)水平和產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，在全球小衛(wèi)星市場(chǎng)中占據(jù)更大份額。

1 《歐洲空間技術(shù)發(fā)展優(yōu)先級(jí)與路線圖（2018－2030）》出臺(tái)背景

“框架計(jì)劃”（FP）是歐盟自1984年開(kāi)始實(shí)施的研究與技術(shù)開(kāi)發(fā)計(jì)劃，迄今已經(jīng)執(zhí)行了8個(gè)。該計(jì)劃集中全歐洲科研資源和基礎(chǔ)設(shè)施，將科學(xué)研究與市場(chǎng)需求結(jié)合，通過(guò)研發(fā)關(guān)鍵技術(shù)提升產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，是歐盟投資最多、內(nèi)容最豐富、市場(chǎng)目的最明確、歐盟成員國(guó)共同參與的中期重大科技計(jì)劃。2002年第六個(gè)多年財(cái)務(wù)框架計(jì)劃設(shè)置了“航空航天”主題，航天領(lǐng)域重點(diǎn)投資“全球環(huán)境與安全監(jiān)測(cè)”（GMES）計(jì)劃（該計(jì)劃現(xiàn)已更名為“哥白尼”計(jì)劃）、衛(wèi)星通信與衛(wèi)星導(dǎo)航等方向；2007年第七個(gè)多年財(cái)務(wù)框架計(jì)劃圍繞“促進(jìn)歐洲的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和加強(qiáng)歐洲的競(jìng)爭(zhēng)力”目標(biāo)，在“合作計(jì)劃”下設(shè)航天主題，關(guān)注GMES及增強(qiáng)歐洲航天基礎(chǔ)研究，重點(diǎn)是應(yīng)用服務(wù)以及技術(shù)研發(fā)，并在“交通”主題下資助“歐洲靜止軌道導(dǎo)航覆蓋服務(wù)”（EGNOS）項(xiàng)目；2014年第八個(gè)多年財(cái)務(wù)框架計(jì)劃又名“地平線2020”（Horizon 2020），在“使能工業(yè)技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)力”（LEIT）專項(xiàng)計(jì)劃下設(shè)航天主題，重點(diǎn)關(guān)注空間使能技術(shù)，確保航天競(jìng)爭(zhēng)力、自主可控與創(chuàng)新發(fā)展。

2017年起，歐盟組織成員國(guó)、工業(yè)界、研究機(jī)構(gòu)等開(kāi)始論證第九個(gè)多年財(cái)務(wù)框架計(jì)劃，歐洲航天研究機(jī)構(gòu)協(xié)會(huì)正是在此背景下向歐盟提交了《歐洲空間技術(shù)發(fā)展優(yōu)先級(jí)與路線圖（2018－2030）》。歐洲航天研究機(jī)構(gòu)協(xié)會(huì)是由德國(guó)航空航天中心（DLR）、意大利宇航研究中心（CIRA）等機(jī)構(gòu)組成的非營(yíng)利性組織，目的主要是增進(jìn)歐洲航天政府管理部門與航天產(chǎn)業(yè)界、學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)之間的合作，提升歐洲航天技術(shù)水平和產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力?！稓W洲空間技術(shù)發(fā)展優(yōu)先級(jí)與路線圖（2018－2030）》分析了進(jìn)入空間，通信，對(duì)地觀測(cè)，導(dǎo)航，空間探索與載人航天，以及賽博安全、數(shù)據(jù)科學(xué)與量子技術(shù)等領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，并對(duì)照歐洲航天技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，對(duì)12個(gè)相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域提出了對(duì)應(yīng)的技術(shù)發(fā)展規(guī)劃、發(fā)展方向及發(fā)展重點(diǎn)，其中包括商用現(xiàn)貨（COTS）部組件技術(shù)、小衛(wèi)星星座技術(shù)。此外，歐洲航天研究機(jī)構(gòu)協(xié)會(huì)等機(jī)構(gòu)還在向歐盟提交的建議報(bào)告中建議歐盟資助發(fā)展小衛(wèi)星其他技術(shù)，包括地面批量化制造技術(shù)、天線平臺(tái)集成技術(shù)、小衛(wèi)星應(yīng)用與深空探測(cè)、星座網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同、編隊(duì)飛行技術(shù)、退役離軌技術(shù)，以及低地球軌道（LEO）星座應(yīng)用所需要的大數(shù)據(jù)在軌智能處理、高速率激光通信技術(shù)等。

2 歐洲COTS部組件技術(shù)發(fā)展規(guī)劃

隨著微電子、微機(jī)械和新材料等技術(shù)的不斷發(fā)展，微電子產(chǎn)品在商業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，商業(yè)領(lǐng)域?qū)ξ㈦娮赢a(chǎn)品的投資也越來(lái)越大，使得半導(dǎo)體工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步越來(lái)越集中于商用器件領(lǐng)域。這導(dǎo)致的結(jié)果是，航天器廣泛應(yīng)用的航天器件價(jià)格比COTS器件高出數(shù)倍，而性能落后2～3代?！稓W洲空間技術(shù)發(fā)展優(yōu)先級(jí)與路線圖（2018－2030）》提出，歐洲將按照2018－2020年和2020－2030年兩個(gè)階段發(fā)展COTS部組件技術(shù)，促進(jìn)在航天活動(dòng)中大量使用COTS部組件，最終目標(biāo)是研制完全基于COTS的小衛(wèi)星，進(jìn)而顯著降低航天活動(dòng)成本。

在第一階段，即2018－2020年期間，建立歐洲航天研究機(jī)構(gòu)協(xié)會(huì)發(fā)展COTS部組件的路線圖，并對(duì)該路線圖展開(kāi)SWOT分析，邀請(qǐng)歐盟、歐洲航天局（ESA）及其成員國(guó)、航天產(chǎn)業(yè)界和測(cè)試機(jī)構(gòu)參與到該路線圖行動(dòng)中。這期間，歐洲航天研究機(jī)構(gòu)協(xié)會(huì)將開(kāi)展的研究活動(dòng)包括：研究不同COTS部組件商業(yè)應(yīng)用案例，分析發(fā)展COTS部組件的前景，確定要資助發(fā)展的候選部組件；研究這些候選COTS部組件在航天活動(dòng)中應(yīng)用的關(guān)鍵領(lǐng)域，并對(duì)COTS部組件的適用性展開(kāi)分析；與COTS部組件制造商建立合作關(guān)系，了解COTS部組件的構(gòu)造和工藝；讓商業(yè)化的測(cè)試機(jī)構(gòu)從一開(kāi)始就參與進(jìn)來(lái)，讓這些測(cè)試機(jī)構(gòu)其對(duì)該領(lǐng)域有認(rèn)識(shí)；通過(guò)調(diào)研歐盟非航天領(lǐng)域以及美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）、日本宇宙研究開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)（JAXA）的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，建立歐洲航天領(lǐng)域COTS技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

COTS器件與航天器件能力發(fā)展趨勢(shì)比對(duì)

歐洲推動(dòng)COTS在空間領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的發(fā)展路線圖

在第二階段，即2021－2030年期間，歐洲將通過(guò)資助若干100萬(wàn)～200萬(wàn)歐元級(jí)別的項(xiàng)目，識(shí)別、篩選和測(cè)試適用于不同航天領(lǐng)域的COTS部組件，包括被動(dòng)元件、二極管、晶體管（如金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管、場(chǎng)效應(yīng)晶體管、雙極管等）、高功率組件、集成電路（如運(yùn)算放大器、電壓調(diào)節(jié)器、直流變換器等）、內(nèi)存、微處理器、可編程邏輯器件、光電發(fā)射器和探測(cè)器、電池等。這些項(xiàng)目將致力于在高可靠性工業(yè)和民用領(lǐng)域（如汽車領(lǐng)域）的數(shù)據(jù)庫(kù)中識(shí)別候選對(duì)象，并最終建立歐洲航天COTS部組件數(shù)據(jù)庫(kù)。

3 歐洲小衛(wèi)星星座技術(shù)發(fā)展規(guī)劃

《歐洲空間技術(shù)發(fā)展優(yōu)先級(jí)與路線圖（2018－2030）》提出將按照2018－2020年、2021－2025年以及2026－2030年三個(gè)階段，通過(guò)一系列舉措發(fā)展小衛(wèi)星星座技術(shù)，以提升其在小衛(wèi)星領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)力，具體包括：一是把建設(shè)歐洲“新航天”星座作為開(kāi)發(fā)驗(yàn)證歐洲小衛(wèi)星技術(shù)和服務(wù)的主要手段；二是把最好的工業(yè)實(shí)踐引入到航天領(lǐng)域，如汽車行業(yè)的大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)是建設(shè)小衛(wèi)星星座的關(guān)鍵技術(shù)；三是研發(fā)關(guān)鍵使能技術(shù)，主要是按照“新航天”模式立即開(kāi)始技術(shù)研發(fā)，縮小與美國(guó)的技術(shù)差距，同時(shí)研發(fā)顛覆性創(chuàng)新技術(shù)、有效載荷及應(yīng)用服務(wù)。

歐洲小衛(wèi)星星座技術(shù)發(fā)展路線圖

2018－2021年的關(guān)鍵目標(biāo)是對(duì)小衛(wèi)星星座的驗(yàn)證任務(wù)進(jìn)行任務(wù)定義和關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)。其中，任務(wù)定義要對(duì)糧食安全、氣候行動(dòng)、能源安全、社會(huì)安全、智能綠色交通、前沿科學(xué)等目標(biāo)市場(chǎng)的終端用戶需求進(jìn)行分析，并基于需求分析開(kāi)展小衛(wèi)星星座驗(yàn)證任務(wù)選擇、任務(wù)概念設(shè)計(jì)、關(guān)鍵要素識(shí)別（包括批量生產(chǎn)需求等）、星座架構(gòu)定義等。技術(shù)研發(fā)所涉及的關(guān)鍵活動(dòng)包括：滿足星群和編隊(duì)飛行星座需求的安全星間通信技術(shù)，以小衛(wèi)星電推進(jìn)技術(shù)為代表的星座定位和軌道控制技術(shù)，分布式在軌數(shù)據(jù)處理、加工和分析技術(shù)，敏感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)，分布式敏感器和多敏感器研發(fā)等。按照預(yù)期，歐洲將在2020年提出一項(xiàng)小衛(wèi)星星座驗(yàn)證任務(wù)，并在歐盟第9個(gè)多年財(cái)務(wù)框架計(jì)劃支持下予以實(shí)施。

2021－2025年的關(guān)鍵目標(biāo)是對(duì)演示驗(yàn)證任務(wù)和選定技術(shù)開(kāi)展在軌飛行驗(yàn)證。依托飛行演示驗(yàn)證小衛(wèi)星，歐洲將試驗(yàn)基于智能材料、多材料的3D打印技術(shù)，在軌總裝、測(cè)試與集成，安全自主運(yùn)行技術(shù)，高精度姿態(tài)與軌道測(cè)定及控制技術(shù)，在軌大數(shù)據(jù)處理技術(shù)，并測(cè)試與遠(yuǎn)程控制飛行器系統(tǒng)（RPAS）及高空偽衛(wèi)星（HAPS）的網(wǎng)絡(luò)集成能力，并同時(shí)開(kāi)發(fā)該演示驗(yàn)證任務(wù)的地面應(yīng)用和市場(chǎng)前景。

2026－2030年的關(guān)鍵目標(biāo)是建設(shè)業(yè)務(wù)化小衛(wèi)星星座，并對(duì)高可靠性簡(jiǎn)易離軌系統(tǒng)、衛(wèi)星可視化及星座運(yùn)管系統(tǒng)、滿足星載高級(jí)處理需求的傳感器融合技術(shù)等前沿系統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行演示驗(yàn)證，技術(shù)演示驗(yàn)證的最終目標(biāo)是推動(dòng)相關(guān)技術(shù)的技術(shù)成熟度不小于7。

4 結(jié)束語(yǔ)

歐洲歷來(lái)重視發(fā)展小衛(wèi)星技術(shù)，整體技術(shù)水平和業(yè)務(wù)化應(yīng)用能力較高，在對(duì)地觀測(cè)、船舶自動(dòng)識(shí)別（AIS）等數(shù)據(jù)采集、科學(xué)與技術(shù)試驗(yàn)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了廣泛應(yīng)用，并不斷推進(jìn)在低軌寬帶通信、物聯(lián)網(wǎng)、機(jī)器對(duì)機(jī)器（M2M）通信等領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展。未來(lái)，在歐盟、歐洲航天局以及產(chǎn)業(yè)界的合作努力下，歐洲有望通過(guò)相關(guān)技術(shù)研發(fā)，在全球新一輪低軌大型星座發(fā)展浪潮中搶占更多發(fā)展機(jī)遇，增強(qiáng)歐洲航天的競(jìng)爭(zhēng)力。