商业航天的“蓝海” 在轨服务五大市场分析

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MEV-1

在轨商业服务历史性的一步

2019年10月9日，美国轨道ATK公司研制的MEV-1在轨延寿飞行器发射，这是“第一个商用卫星在轨服务系统”，今年2月MEV-1将与Intelsat-901通信卫星对接加注燃料，为其延寿五年，这一事件标志着“卫星在轨服务”这项全新的业务模式的开端。

商业通信卫星Intelsat-901于2001年6月发射，这颗19岁的通信卫星运行良好，唯一的困扰是燃料不足问题。目前它正在等待MEV -1与它对接，并在弃星轨道进行测试和操作，然后共同返回到Intelsat-901的轨道位置继续开展服务。

笔者在此简单回顾一下“在轨服务”是如何从科研走向市场的。我们知道，一颗昂贵的在轨卫星如果遭遇了软件故障还能够进行修复和升级，但是大多数的机械异常无法纠正，因为硬件是不可替代的。

研究者们为此做了很多努力，从上世纪90年代日本的7号工程实验星（ETS-VII)，到美国国防高级研究计划局(DARPA)的“轨道快车”项目，这两次任务都完成了既定实验目标，但是并未解决一个商业化的问题，那就是：一个在轨服务飞行器只针对一个服务目标进行设计，并不能与其他卫星硬件兼容，这样就失去经济性。

2002年DARPA开始从另外一个角度来看待这个问题，那就是：“卫星有什么是需要在轨服务飞行器来做的？”

一项名为RescueSat的研究认为，当卫星因为火箭发动机故障未入轨时，可以使用在轨服务飞行器送这些卫星抵达预定轨道，但是想送入轨道就要先有抓住卫星的机械臂。于是2005年DARPA赞助了Frend ARM研究项目。

在Frend项目完成后，DARPA启动了一个名为“凤凰”的项目，研究从“死”卫星上获取大型天线的可能性，并研究如何让这些卫星“起死回生”。最终，DARPA认为，为在轨工作的航天器提供服务将带来比维修失效的航天器更高的回报。于是DARPA赞助的PPP项目地球同步卫星机器人维修项目(RSGS)开始了，目前这一项目正在研制中。

NASA在在轨服务研究方面与DARPA开展了紧密的合作，但是在创新方向上走了另外一条路。2011年NASA进行了STS-135太空加油任务演示。有了NASA的研究基础，商业公司开始准备将此技术用于商业服务上来。

轨道ATK公司相信在轨服务将有很广阔的市场，2016年开始决定进行大幅投资，研制MEV飞行器。在研制过程中，轨道ATK通过美国2014年订立的“商业空间能力空间行为协定”(SAA)得到了NASA的技术支持。

作为拥有最多高轨通信卫星的运营商，国际通信卫星组织（Intelsat）对于任何能够提高其在轨灵活性的技术都很欢迎。在轨道ATK宣布研制MEV之初，国际通信卫星组织就承诺成为MEV-1的第一个客户。

全球在轨服务第一单就这样一步一步走进了市场。

DARPA“凤凰”在轨维修和打捞实验项目

在轨商业服务五大市场

2020年2月11日，NSR发布了《在轨服务与空间态势感知市场报告（第三版）》，报告列出了在轨服务的五大市场，分别为：在轨延寿、机器人操作、发射后轨道修正服务、重新定轨业务、离轨服务。

根据上文提到的NSR报告（第一版）预测，在轨服务市场规模在未来十年间将达到30亿美元。

1.在轨延寿

在轨延寿包括在卫星寿命到期后通过接管轨道维护和姿态控制功能来延长其使用寿命，以及加注燃料来恢复推进剂的储备等服务，一般可延长高轨通信卫星寿命3-5年。低轨通信卫星由于造价较低，限制了低轨在轨延寿市场的发展。

在轨延寿方面最值得期待的三大任务为：轨道ATK的MEV-2将于2020年中发射，继续为国际通信卫星组织提供商业服务；NASA的“恢复-L”将于2022年发射，并将在低轨上为卫星加油；DARPA的“地球同步卫星机器人服务项目”计划于2023年发射。

一些私营航天公司也加入到在轨延寿市场中来。如美国的绳系无限公司的LEO Knight计划为SSO轨道的遥感卫星和低轨卫星提供加油和维修服务。

2.机器人操作

做在轨延寿项目的公司一般也涉及到机器人操作，包括监测、诊断、近距离检查、维修、替换、零件升级等工作。与此直接相关的就是机械臂的开发。

2020年1月31日，麦克萨技术公司宣布与NASA签署了一份价值1.42亿美元的合同，麦克萨所属的劳拉空间系统公司将为NASA研制空间基础设施灵巧机器人，又称“蜘蛛”项目，这一机器人手臂将安装在在轨加油卫星“恢复-L”上。

轨道ATK公司依托NASA的“临界点”计划获得了一份PPP合同，以开发在轨机器人装配、快速断开和在轨焊接技术。

未来，机器人的建造能力可应用于卫星在轨组装、建造空间设施、开展行星探测和小行星采矿等业务上，也可以帮助清除空间碎片。

MEV-1整装待发

3.发射后轨道修正服务

指当卫星部署在不正确的轨道上时，或者卫星推进系统发生故障时，进行救助的业务。

NSR预测数据

4.重新定轨业务

轨道间移动飞行器能够提供的“太空拖车”服务包括：轨道提升；低轨星座部署；SSO轨道平面调整；脱离轨道。硅谷初创公司动量（Momentus）正在研制的轨道间移动飞行器采用水等离子体推进，并在2019年7月完成了在轨试验。

LEOKnight

5.离轨服务

随着越来越多的低轨卫星星座的发射，如何离轨也成为一个越来越值得关注服务。

在轨商业服务行业标准

2016年，轨道ATK接下Intelsat-901这单时，曾对在轨商业服务无行业规范可依表示了忧虑。2016年12月，在DAPPA的倡导下，开始筹备建立一个企业协会CONFERS，并资助了先期活动资金。2018年CONFERS正式成立。

2018年4月，CONFERS发布了《卫星服务安全框架-技术和业务指导文件》，2019年10月，更新了《（在轨服务）设计和操作方法建议》。建议中详细规定了提供在轨服务的企业应该遵循的11个工作流程，从任务分析阶段、合同签订阶段、到保险和许可审批到最后执行都进行了详细的描述。

2020年2月，CONFERS向联合国外空委汇报了其工作进展，他们正在和国际标准组织（ISO）合作，为卫星在轨服务建立正式的国际标准。

毫无疑问，“在轨服务”已经成为商业航天的一片蓝海，这片蓝海需要更新锐的创意，大企业做集成，小企业做配套，一个新兴的商业航天领域正在成型。SATNET

绳系无限公司从2011年开始与美国海军实验室合作开发的机械臂

蜘蛛机械臂

当前进入在轨服务市场的部分公司