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摘要： 发展商业航天为通往航天强国的必经之路。新兴商业力量与产业联动创造新的需求，推动航天从科研走向大众。北京九天微星科技发展有限公司（以下简称“九天微星”）作为国内最早一批成立的商业卫星公司，致力于不断降低卫星成本，让卫星科技赋能更多行业、惠及普通大众，发展出商业卫星定制、星座核心服务、行业终端应用和航天科技教育四大主营业务，现已成长为“卫星互联网”新基建领域的领军民营企业，为行业贡献研制能力、高性价比产品和前沿创新。
关键词： 商业航天 卫星应用 卫星工厂 航天教育
1.1 行业背景：国际商业航天发展迅猛
商业航天始于美国，截至目前已发展近40年，产业链条完整，政策支持力度大，社会容错程度高，美国已发展成为名副其实的超级航天强国。进入21世纪，SpaceX、OneWeb等企业陆续成立，开始挑战洛克希德马丁、波音等传统航天供应商，并凭借可回收火箭、卫星批量化制造等技术极大降低了航天的成本，也拿下越来越多来自政府、军方及市场的订单。现在，美国商业航天正如火如荼地发展着，成绩显著，并逐渐分化出可回收火箭、卫星互联网、太空旅游、小行星采矿、星际移民等多个细分行业。
1.2 政策背景：中国商业航天奋勇超前
在国内，随着载人航天、北斗卫星导航系统、探月工程等项目的建设，中国航天形成了完整的产业链，并积累起大量的人才和技术，政策支持力度也与日俱增，正处于从航天大国向航天强国转变的历史时期。在卫星通信的市场需求和保障信息安全的国家战略双重驱动下，建设由低轨卫星星座组成卫星互联网的万亿级市场开始爆发。
2014年11月，国务院印发的《国务院关于创新重点领域投融资机制鼓励社会投资的指导意见》（国发〔2014〕60号）指出“鼓励民间资本参与国家民用空间基础设施建设”，为商业航天送来政策的东风。2015年成为中国商业航天元年，一大批企业陆续成立，在卫星制造、火箭制造、卫星应用、航天器遥测等领域创业创新。随后每年都有政策出台，鼓励和支持商业航天快速发展。2020年4月，国家发改委在新闻发布会中明确把卫星互联网纳入新基建范围，为行业发展指明了方向，中国商业航天开始蓄力集中突破。
经过6年多的发展，中国商业航天形成了完整的产业链，也在一步一个脚印证明自己的实力，但航天产业“周期长、投入大、门槛高”等行业特性决定商业航天依然处于发展的早期阶段。而在卫星行业的细分产业链中，制造环节客户相对稳定，以国家项目为主，与社会其他行业的关联度相对较小，影响力有限。相比之下，涉及多个产业链的卫星应用，则具有更广泛的社会价值，市场空间巨大。在大部分企业只关注卫星制造的时候，九天微星坚持“技术与市场双轮驱动”的理念，从应用市场倒推产品布局和服务。
九天微星作为国内首批商业航天民营企业，具有“贴近市场、机制灵活”的特点，在6年多的发展历程中，代表行业锐意进取，拓展了卫星应用的新边疆，不断拉近公众与航天之间的距离。
2.1 拓展新市场：率先突破航天科技教育
借助少年星一号的研制发射和“中国少年微星计划”的实施，九天微星创新拓展出航天科技教育这个全新的市场。通过研发中小学课程和建设航天探索中心，九天微星将卫星与测控站，校内与校外结合起来，为孩子们提供丰富的航天科技巅峰体验，并以此获得营收，反哺卫星制造业务。
2.2 开创新思维：共享星座资源共建卫星生态
为让更多国家都能享受到卫星资源，九天微星率先提出“一带一路共建共享卫星星座”计划，号召“一带一路”国家以极小的成本加入星座建设，共享完整星座资源。
为解决微小卫星产能不足的情况，九天微星代表行业率先获得国家发改委核准，建设全国首个民营卫星工厂，以工业化的方式生产卫星，服务新基建需求。
2.3 研发新产品：智能项圈保护生态生产安全
为实现珍稀野生动物的保护，九天微星融合成熟技术、在轨卫星资源和地面通信网络，为四川大熊猫和云南亚洲象定制智能项圈，记录动物的运动轨迹，采集相应体征和环境数据，助力科研和保护。该技术和方案还牵引应用在牛羊等动物的智能化畜牧上，帮助牧民实现足不出户对牧群的监测，解决牧民及保险公司的实际需求。
九天微星自创立以来，实现了多个阶段性代表成果，专注于微小卫星设计研制与创新应用，以“科技创新+互联网思维”驱动商业航天模式新变革。
3.1 第一阶段：少年星一号——创新探索航天科技教育
2018年2月2日，九天微星研制的首颗验证星——少年星一号搭载长征二号丁运载火箭在酒泉卫星发射中心发射升空，进行无线电存储及转发、空间成像试验和物联网用户链路验证。完成在轨测试后，少年星一号面向全国的学校和教育机构免费开放卫星数据资源，使得建有卫星测控分站的学校可实现学生亲手测控卫星的巅峰体验，推动我国中小学航天科普教育实践再上新台阶。少年星一号也因此成为中国首颗教育共享卫星，服务航天科普教育，也是全国首颗走完从研制、发射到测控、应用全流程的民营卫星，为国家管理商业卫星发射积累了宝贵经验。
搭载少年星一号的长征二号丁运载火箭发射成功
少年星一号，是一颗由中小学生参与功能创意设计的卫星，聚集了10多万名少年的航天梦想，是“中国少年微星计划”的重要成果。2016年4月，中国宋庆龄基金会、中国科学技术协会和中国教育学会联合九天微星发起“中国少年微星计划”，组织中国青少年广泛创意、动手设计、参与制作的卫星。
活动共吸引10多万名中小学生热情参与。“两弹一星”功勋科学家孙家栋院士出席活动启动仪式，鼓励同学们从小立下远征星辰大海的梦想。神舟飞船首任设计师戚发轫院士在“造星”阶段，指导和鼓励同学们完成了“少年星”原型样星的制作。九天微星在原型样星的基础上完成专业研制和检测，最终出厂的“少年星一号”长10厘米、宽10厘米、高34厘米，重3千克。
出征仪式上的学生代表观摩“少年星一号”
西南大学附属小学的同学们在《少年星课堂·温控高手》课上组装卫星
“少年星一号”作为首颗教育共享卫星，将为中小学生提供测控真实卫星的体验，重新定义我国航天科普教育场景。航天是我国具有战略意义的高科技产业，航天强国战略也是伟大中国梦的重要组成部分。作为人类高精尖科技的代表，航天的技术、理念和精神，能够激发青少年探究科学奥秘的兴趣，在宇宙视角、巅峰体验、系统思维三个层面启迪学生的成长。
受少年微星计划启发，九天微星创新开拓出航天科普教育的新业务，形成稳定现金流，反哺卫星技术研发，不断拓宽公众对航天的认知，革新商业航天发展模式。2018年，九天微星成立子公司——北京九天未来科技发展有限公司（简称“九天未来”）专注于航天科技教育。在航天尖端科技基础上，九天未来以素质教育为依托，以全体青少年为主体，以学校教育为主阵地，以“少年星课堂”和“九号宇宙航天探索中心”为两大主线，研发系列航天科技教育产品，形成了“天上有星，地面有站，入校有课程，出校有航天探索中心及配套活动”的专业系统。
截至目前，九天未来与包括北京四中、海南文昌中学、安徽太和三中、郑州第四中学、温州道尔顿小学在内的大量中小学校建立了密切的合作关系，完成多个校园卫星测控站的建设，教育产品覆盖全国近80座城市，为超过100万名中小学生提供航天科技教育服务。
3.2 第二阶段：瓢虫系列卫星——商业化冠名及创新载荷实现大众互动
2018年12月7日，九天微星“瓢虫系列”七颗卫星在酒泉搭载长征二号丁运载火箭发射升空。完成在轨测试后，“瓢虫系列”用于野生动物保护、野外应急救援、车辆船舶监测、物流追溯等领域，开展卫星物联网系统级验证。
瓢虫系列卫星均为定制化商业卫星，首创卫星商业冠名模式。主星“瓢虫一号”为中国民营首颗100kg级卫星，由小黄车OFO冠名发射。其余立方星为批量化研制：瓢虫二号、瓢虫三号分别是猫王收音机星和华米星；瓢虫五号即立可达教育卫星，搭载遥感相机，面向中小学校开放卫星数据资源，用于开展航天科普教育；瓢虫六号即天猫国际星，搭载了特殊材质的天猫公仔，以及天猫用户的告白语音文件；瓢虫七号即RE：X星，是与鹿晗工作室合作的一颗公益卫星。
九号宇宙航天探索中心（松滋馆，效果图）
瓢虫一号卫星搭载全球首创的太空自拍、星光闪烁、太空VR三种载荷，可实现大众与太空的互动，还借任务的执行完成了对姿态控制系统和电源控制系统的技术验证。其中，太空自拍搭载太空唯一的LED显示屏和自拍杆。用户将拍好的照片从地面上传至卫星的显示屏上，借助卫星上的自拍杆，可实现以地球或太空为背景的自拍。星光闪烁为瓢虫一号搭载高功率的聚合光灯阵，亮度相当于-0.5等星，可在飞行过程中不断调整卫星姿态，以摩尔斯密码的原理，凝视指向地点，通过长闪烁和短闪烁，来表达不同的含义，比如“你好，地球”“我爱你，中国”等。太空VR为瓢虫一号卫星搭载多台高清摄像头，可以同时对地成像并回传，通过图像融合软件，合成为全景图像，用户可借助VR设备漫游太空。
2019年1月28日，瓢虫一号登上央视网络春晚，为天眼团队和歌手张靓颖拍摄第0001号“我与地球全家福”，为四世同堂一家拍摄的第41张全家福为网络春晚第0002号全家福。2019年2月5日，与《流浪地球》合作，为科幻电影《流浪地球》拍摄与地球同框照片。2019年4月2日自闭症关注日，与北京天文馆合作进行公益闪烁。2019年4月23日海军节，瓢虫一号闪烁献礼人民海军成立70周年，话题#发送摩斯密码为海军庆生#进入微博话题热搜榜TOP5。
截至2020年12月7日15时22分，瓢虫一号卫星在轨运行731天，超过2年的设计寿命。其间，瓢虫一号共计拍摄太空自拍3391张，执行星光闪烁61次，拍摄太空VR92次，收获了不少粉丝，为拉近公众与航天之间的距离贡献一份力量。
瓢虫系列卫星在轨效果图
太阳翼收拢状态下的瓢虫一号卫星
2019年4月2日，瓢虫一号为自闭症儿童爱心闪烁
3.3 第三阶段：大象项圈——创新科技保护野生动物
国家林业和草原局政府网
文章指出，从2011年到2019年，西双版纳全州共发生野生亚洲象肇事事件4600多起，导致人员伤亡50余人，农作物受损面积12万多亩，保险补偿超过1亿元。人类生活范围的扩大，使得适合野象生活的栖息地越来越小。退化的环境无法为野象提供充足的食物保障，野象被迫走出林区抢食人类种植的玉米、水稻、甘蔗、香蕉等农副产品以及硝、盐等矿物质，人和象开始走向冲突和对立；同时，长期生活在野外的大象都具有较强的应激反应和攻击性，容易把人视为威胁，经常会有野象闯到村子里去造成人员损伤和财产损失，人象冲突情况加剧。
有过“熊猫项圈”研制经验的九天微星团队，为云南野生象“量身定制”了一款融合通信、定位精度高、可靠性强、干扰性小的大象智能项圈，并通过与云平台联动，完整呈现大象的生活轨迹。在与“象爸爸”（当地对大象养育员的昵称）和大象研究学者沟通过后，九天微星快速完成了技术可行性分析，并提出将北斗高精度定位、北斗短报文和NB-IoT结合起来，在有地面网络的区域，使用NB进行数据回传，在没有地面网络的区域，使用北斗卫星进行数据回传，以满足实时监控大象轨迹的要求。
大象项圈由主机、皮带、配重和固定件4部分组成。其中，主机内置定位模块和通信模块，保障信息传输；透气性好的定制皮带，可满足成年象打闹、泥浴、洗澡等日常生活需求；合理设计的配重确保主机方向永远朝上，保障永不失联；专门处理的固定件，确保安装的牢靠性，满足3年以上长时间工作的需求。
为解决人象冲突问题而定制的大象智能项圈
为减少人象冲突带来的损失，团队将大象活动的区域划分为168个电子围栏，并按照风险等级划分为“栖息地安全区”“预警缓冲区”和“人象冲突区”。大象在栖息地活动时，项圈感应到所处位置，定时回传位置信息。当大象进入预警缓冲区，每一步都会被计步器统计，并按相应规则触发信息上报行为。收到消息的工作人员可及时向群众发出预警。一旦大象进入居民生活区，则进一步提高位置报警频率，以便及时通知和疏散人群，降低人员伤亡。
目前，大象项圈已完成3轮佩戴试验，随后将正式完成产品交付，推动在野象上的佩戴应用，解决人象冲突问题。
大象项圈进行实体佩戴试验
3.4 第四阶段：脉动式卫星工厂——创新卫星生产方式
2020年9月1日，九天微星在河北省唐山市开始建设全国首个民营卫星工厂，把脉动式、智能化的工业产线引入卫星制造领域，灵活批量化生产50—700kg的卫星，以改变我国当前卫星产能相对不足的现状，参与国家卫星互联网“新基建”。该项目是全国首个由国家发改委核准建设的民营卫星产线，也是河北省战略性新兴产业的典型代表，被写入河北省政府工作报告，并入选《河北省2021年省重点建设项目名单》。
卫星工厂由仓储物流区、生产组装区和整星试验区三大核心区域构成，具有适应性强、生产效率高、质量可靠、全周期跟踪等显著特点，一期工程建成后可实现年产100颗卫星的产能。
智能化的仓储物流管理，确保每一个零部件都拥有唯一的“身份证”，实现生产过程可视化和产品全生命周期的质量追溯。生产组装区由分装段和合装段构成，全程使用AGV搬运机器人和自动组装机器人等自动化设备，在提高工艺精度的同时，降低了工人的劳动强度。为适应订单量和卫星型号的变化，生产线还采用柔性化布局，可实时调整产量和工艺，自由适配50—700kg卫星的生产，且单星的研制周期不超过25天，最大限度地提高效率、降低成本。合装好的卫星已初具雏形，将在整星试验区接受热试验测试、载荷天线安装展开试验、太阳翼装配及展开试验、力学试验等一系列严苛的大型试验考核。为确保质量可靠，所有卫星在出厂前还要再次接受综合试验、电测等复查测试，确保满足客户要求后，由智能仓储物流系统进行出库和配送。
卫星工厂设计示意图
为进一步提升卫星总装研制能力和效率，卫星工厂借助MES生产信息化管理系统，把人、财、物、信息纳入统一管理体系，实现作业任务自动下发、工艺执行监测、生产流程追踪、专项测试记录、数据收集与分析等数字化运转，构建起基于大数据分析与决策的卫星生产线智能管控系统，满足卫星互联网时代对AIT（总装、集成、测试）提出的新要求。
工厂将制造与研发深度融合，既是卫星整星总装生产基地，又是卫星技术与应用研发实验室。为最大限度释放卫星产能，九天微星与中国交通通信信息中心共建的国家级实验室，也同步落户唐山卫星工厂，将开展下一代通信系统及平台的设计研制、卫星互联网通信终端产品研发和行业示范应用拓展，为卫星工厂提供“批量化、自动化、高科技、低成本”的技术成果转化。
卫星互联网上游基础设施的部署将驱动地面终端及行业应用服务市场的爆发。
未来，九天微星在夯实卫星技术的同时，还将进一步与垂直行业头部企业开展紧密合作，启动跨境物流、远洋运输等多个领域的行业示范应用，为未来竞争万亿元量级行业应用服务市场奠定坚实基础。
1.社会效益
我国商业航天历经多年发展，在探索应用的过程中，需完善航天多元化投入体系，民间资本和社会力量有序参与航天科研生产、空间信息产品服务、卫星运营等航天活动；同时作为较晚开放的工业体系，需要进一步创新市场化、商业化发展机制，预期未来将面对产业化价值提升的关键节点。在此过程中，企业作为创新主体发挥了实施新的商业运营模式、产品服务模式的关键 作用，为建设航天强国的有益支撑。
2.创新价值
九天微星在国内商业航天市场上走出了具有特色的创新之路，在航天科技教育、生态生产安全保护等领域卓有成效，并以微小卫星研发的技术积累赋能行业发展，率先提出“一带一路共建共享卫星星座”计划，代表行业率先获得国家发改委核准，建设全国首个民营卫星工厂。在卫星互联网首次被明确列入“新基建”范围后，我国卫星互联网商用市场竞争已初步展开，在产品创新、运营能力、商业化速度上将对创业企业提出更大的挑战。作为行业的先行者，九天微星在技术迭代、商业开拓上的未来发展值得期待。