两年把20颗卫星送上天,也是个300亿美元市场的赚钱好生意

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所属分类:人工智能
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摘要: 从太空实验与技术验证,到打造一个太空科学实验室--这是一个航天科学家和他一门上了天的生意。

两年把20颗卫星送上天,也是个300亿美元市场的赚钱好生意

注:在当今新一轮新技术层出不穷的时代,科技正在成为未来企业最重要的竞争力之一。

不同于基于改变商业逻辑的模式创新,也不同于那些埋头于象牙塔里不考虑任何限制条件的学术研究。科技创业者更专注于科学研究和市场需求相匹配的创新,他们要同时兼顾科技与市场,横跨商业与科学两个领域,用新技术、新产品去开发新的市场。我们把这样一批人称作商业科学家。这就是重磅策划和推出的商业科学家系列报道。

两年把20颗卫星送上天,也是个300亿美元市场的赚钱好生意

天仪研究院潇湘一号卫星

2017年2月15日上午11点58分,ISRO(印度空间研究组织)的PSLV-C37极轨卫星运载火箭,在印度南部的萨迪什•达万航天中心发射成功, 一次性送了104颗星上天,创造了人类进入太空时代以来单次发射卫星数量最多的纪录。

在这104颗卫星中,有一颗来自中国和以色列联合研制的微重力科学实验卫星陈家镛一号(DIDO-2),这也是国内的第一次化工太空实验。该卫星由以色列SpacePharma公司、天仪研究院和中国科学院工程研究所、中国科学院力学所基于各自的研究积累和技术优势联合研制。

陈家镛一号是长沙天仪空间科技研究院有限公司(下文简称天仪研究院)2015年成立至今,成功发射的第2颗微小卫星。

除了陈家镛一号, 天仪研究院的另一颗微小卫星潇湘一号 在2016年11月10日搭乘长征十一号运载火箭于酒泉卫星发射基地成功发射。它是天仪研究院自主研制的第一颗微小卫星,也是我国首颗商业化科学实验卫星。潇湘一号卫星发射入轨后将进行多项航天新技术试验,其中包括空间软件无线电试验、导航信号增强试验、新型星载计算机搭载试验、高精度光学稳像试验等。

和外界想象的卫星发射成本高、发展慢不同,天仪研究院在2016年末就实现了盈利。创始人兼CEO杨峰在接受采访时说,自己觉得发展得还不够快,他们计划在接下来的2年内送20颗小卫星上空。

300亿美元的大生意

现在太空中共有1000多颗卫星,中国仅占10%,即200颗左右,2015年通过长征-6和长征-11火箭首飞发射了24颗小卫星。目前,只有美国、俄国、中国、乌克兰和欧洲允许航天资源商用化。根据美国卫星产业协会发布的2015年卫星产业年度报告,具不完全统计,全球开展微小卫星研制的单位有40余家,商业立方星的发射尤其活跃,新的卫星公司、涵盖巨大数量的小卫星星座项目不断产生。

以印度为例。中国很多业内人士认为,这次PSLV发射的轨道并不复杂、火箭水平一般(印度火箭的太阳同步轨道运载能力只有1.75吨,而中国的长征-4C达到3吨多),除却714公斤的主卫星外其余都是更小的纳米卫星,总载荷相加重量还不到1.4吨。另外,这枚火箭只是把它们送到距地500公里的轨道撒出去而已,而不是把每个卫星分别送入不同轨道,算不上重大航天突破。但杨峰觉得,这次一箭104星的发射,证明了印度对卫星轨道释放控制的能力很强,更值得国内航天人重视的,是其商业模式的成功:

104颗卫星,有101颗是非印度的 。那么多星都是钱。火箭发射一次一个价,发那么多星一次也一个价。中国的航天,宁可效率慢成本高也要万无一失,所以质量很好,但缺点是效率太低。但是商业上来说,效率为先。

天仪研究院对自己的定位很明确:提高效率,降低成本。利用低成本的商业微型卫星,为有太空科学实验、技术验证需求的用户提供从卫星定制、技术参数确认、选择发射轨道到发射的全产业链服务。2015年,航天经济总量超过3000亿美金,而该领域占据航天经济总量的10%。

很多人觉得我们做的事情很小众,但我们面对的是每年300多亿美元的细分市场,杨峰说。

两年把20颗卫星送上天,也是个300亿美元市场的赚钱好生意

天仪研究创始人兼CEO院杨峰。图片来源/天仪研究院

对杨峰来说,瞄上商业微小卫星这门生意,不是有意为之,而是水到渠成。

杨峰毕业于北京航空航天大学。一开始,他并没有太大的航天情节,第一份工作和2008年的第一次创业都与航天无关。因为首次创业的主营项目遇到困难,而他机缘巧合地接了一单航天五院的软件开发项目,发现航天、军工领域还有很多机会,于是回到了这个行业。

摸爬滚打的这几年,他身为体制外的人,和当时身处体制内的朋友都感觉,美国在商业航天方面的政策较为开放,体制也相对灵活,很适合商业航天的创新与发展。

2008年至今,国外的商业航天发展得如火如荼。马斯克的SpaceX美国太空运输公司开发了可部分重复使用的猎鹰1号和猎鹰9号运载火箭,Dragon系列的航天器,并成功回收火箭。英国维珍航空旗下的维珍银河不亦乐乎地造着世界上第一架商业太空船;亚马逊公司首席执行官杰夫·贝索斯更是放言,为实现把人送入太空的梦想,他每年卖掉10亿美元亚马逊股票,向蓝色起源(Blue Origin)提供资金支持

和美国相比,中国在商业航天方面受制于体制,发展得很慢,但杨峰也敏锐嗅到了这背后的机会。2014年,他就拉上曾负责载人航天主体设计和应用系统的朋友,组成了三人小团队,讨论筹备相关计划。

14年商业航天还没有政府允许,我们只做一些技术储备,他回忆,没想到那么快,15年国家就在政策上明确允许了商业卫星的研制与发射。于是我们马上从各自原单位出来,组成了天仪。

国家对商业航天的支持态度愈发明显。2016年12月,国务院新闻办公室发表了《2016中国的航天》白皮书,公开提出建立航天投资项目清单管理制度,鼓励引导民间资本和社会力量有序参与航天科研生产、空间基础设施建设、空间信息产品服务、卫星运营等航天活动,大力发展商业航天。推动政府与社会资本合作,完善政府的购买航天产品与服务机制。

除了政策允许,天仪研究院成立的基本条件之一,是立方星(CubeSat)技术的成熟。

70年代末,由于大推力运载火箭的研制成功和设计与制造能力的提高,大型多功能卫星开始出现,体积不断增大,功能也越来越复杂,一颗传统近地卫星的造价可能为上千万美金,可重达3吨,2层楼高 。这不仅增加了发射风险,一旦发射失败也会造成严重的损失。于是,航天界又将目光重新投向了小卫星。

两年把20颗卫星送上天,也是个300亿美元市场的赚钱好生意

研究人员在测试小卫星。图片来源/天仪研究院

随着电子工业集成化的程度变高,新一代的小卫星采用了许多小型高性能电子部件,使得它们具有一些大型卫星才有的功能,并为小卫星进一步微型化,进而发展成微型卫星奠定了基础。

立方星,是一种结构形状呈立方体的微型卫星,重量仅为1公斤左右,拳头大小,最初用于高校及研究机构开展太空相关的实验,具有国际通用的微型卫星标准。

立方星设计和制造过程中大量采用工业元器件取代昂贵的航天级器件,比如用佳能的光学元件代替宇航级的光学元件上天,或按需拿手机主板改造。杨峰介绍,元器件有很多等级,工业级、军事级、宇航级等,宇航级是工业的100倍以上的成本。这样一来,卫星成本和开发门槛大大下降,也因此,今年2月Planet卫星公司能同时把88颗立体卫星发送到近地轨道上,每颗星成本不到1百万人民币。

由于立方星技术其成本低、利润薄,传统专业航天研究机构不会在此有实质性投入,这个新市场也使初创公司有机可乘。

根据Tauri Group ,一家专注太空市场的调研公司的数据,过去10年之间,全球有115家太空业务相关的企业获得投资,其中有84家主营卫星业务。2016年,这些公司把100颗微型卫星(重量为10-100千克)送上天空,而2011年这个数字只有25。Tauri Group公司预测,2017年到2013年之间,将有2400个纳米卫星(Nanosatellite,重量为1-10千克)和微小卫星(Microsatellite,重量为10-100千克)被送上太空。

微小卫星部署快,灵活,成本仅为传统小卫星的百分之一,还可以多颗共同发射覆盖全球,不像传统卫星,一颗可能只能覆盖一个区域 。此外,立方星虽然体积小,但也有如通信、电源、姿态确定与控制、结构热控、载荷等大卫星有的系统。航天专业人士看来,就像50年前的人看PC,虽然还不清楚未来它能有什么应用,但潜力肯定无限。

微小卫星还有其环保优势。任务结束后,它会自动离轨,坠入大气层烧毁,不会给太空环境造成负担。 杨峰对此也有自己的理解,太空垃圾是非常值得重视的事情,但不能因噎废食。太空超过1厘米的碎片有50万个,但是太空有多大呢?如果用正确的比例尺来看,就像在北京撒了50万粒芝麻。当然太空垃圾以后也会成为一个问题,我们必须从现在开始就遵守国际公约。

一颗小卫星,帮一个行业推开一扇门

天仪研究院团队30多人中,有超过20人为技术人员,基本上都来自航天研究所 。创始人之一,目前任CTO的任维佳,曾在中科院空间科学与应用总体部工作,曾于2011年获聘载人航天应用系统结构主任设计师及空间专业技术室主任。他们对于卫星发射过程非常熟悉,十几年来积累了大量航天领域的资源与人脉。

目前天仪研究院的客户多由圈内人互相引荐而来,而这些身处航天与科研领域前沿的专家学者们,也在天仪身上找到了机会。一位参与了很多载人航天的项目的微重力国家实验室的专家,就是为天仪引荐了陈家镛一号卫星的客户之一。

陈家镛一号上天的目的,是做微重力环境下液滴的聚并与分散实验。

在地球上,液滴的凝并过程十分复杂,液滴的行为往往受到重力和表面张力的影响,而且二者作用相当。溶剂萃取、乳液制备、石油开发等工业生产中常常涉及液液体系的相分离问题。比如,以水驱动方式开采出石油进行静置分离时,油/水界面附近会形成非常稳定的乳液层,难以分离。如果能提高液滴的凝并购效率,就有望大幅提高石油生产效率、降低能耗。此外,液滴的分散、破碎和凝并过程直接影响连续相流体的流动性为、相间传质速率和反应效率,因此,研究分散体系中液滴分散与凝并现象在化工、能源、食品、医疗、化妆品等领域都有重要的应用价值。在微重力的太空中,把重力因素排除后,就可以单独考察表面张力、粘性力、静电力等作用对液滴凝并过程的影响。

类似的太空实验需求旺盛。太空环境能帮助科学家们揭示不同材料在地面重力环境下难以获知的物理和化学规律和性质,还能完成一些地面无法完成的技术实验,如量子通讯,上天后可以实现1200公里传输距离的通讯实验。

两年把20颗卫星送上天,也是个300亿美元市场的赚钱好生意

天仪研究院研究人员在测试小卫星。图片来源/天仪研究院

但不是所有的科学研究都有上太空进行检测的机会。

还是以陈家镛一号的实验为例。之所以中国此前从来没有在太空做过化工实验,国际上的太空化工实验也屈指可数,最重要的原因是航天成本高昂。化工科学实验天然就具备一些劣势,如易燃易爆,具有腐蚀性和毒性。航天成本很高,对航天材料可靠性和安全性的要求都很高,不稳定的化学物质不可能跟着载人火箭上天,就连一般的卫星,也没人敢冒这个险。

跟着商用微小卫星上天,大大减少了实验失败所需承担的成本和风险,较低的费用也使那些原本没有机会,或需等待5到10年才有机会搭乘国家火箭上天的实验得以进行。 杨峰聊到这个实验时,语气有点兴奋:

我们一开始找到这位老师时,他还觉得自己与航天没关系。经过我们解释,他也意识到这事有意思。首先这个实验很有可能产生巨大的科学价值,其次这个实验太便宜了,即便(化学物质上天)有风险,毁的也只是一颗小星。 对我们来说这个实验也很有意义,这个小卫星可能让一个行业推开一扇门。假如这次试验成功,很可能推动目前国内,甚至国际的化学科研的进步。我们后来也用中国化工业的泰斗陈家镛来命名这颗星。

陈家镛一号成功发射后,很多想做太空实验的专家学者都找上了天仪研究院。原本,他们都不觉得自己的研究领域与航天有关。

航空航天对于基础科学、日用科学乃至移动互联网的推动作用很大,航天科技许多已转化为民用,每年都有大概1000项从太空项目中发展出来的新技术,被用于日常生活中。比如最早为阿波罗登月计划而研发的数码相机技术;太空中不能使用明火以防引燃其它设备而生的微波炉,让宇航员在太空中也能吃上热食;方便面和脱水蔬菜(这项技术会损耗食物中2%的营养成分,但重量马上减轻20%);甚至 人造心脏的发明,也源于NASA研制的一种在航天飞机上使用的微型燃料泵。

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天仪研究院CEO杨峰在2016 T-EDGE年度国际盛典上

2016年T-EDGE年度国际盛典上,杨峰曾提到2016年发射的世界首颗量子科学实验卫星墨子号。 潘建伟作为中国科学院院士、量子卫星首席科学家,长期从事量子光学、量子信息和量子力学基础问题检验等方面的研究,对量子通信等研究有创新性贡献,是该领域的国际著名学者。2005年,潘建伟团队实现了13公里自由空间量子纠缠和密钥分发实验,证明光子穿透大气层后,其量子态能够有效保持,从而验证了星地量子通信的可行性。然而,到了2016年,墨子号量子科学实验卫星才真正上天,完全去除地面干扰因素,实现几千公里的量子通讯,从宏观距离上检验所谓的量子力学非局域性。

潘建伟院士这么一个有资源、有名气的人,花十年时间才把这事情干成,请问一个科学家人生有几个十年?杨峰问。

杨峰希望能够帮助这些科学家用更低的成本、更短的时间、更灵活的机制,完成他们科研成果的在轨验证。

天仪研究院一个新的客户是研究天体物理的教授,他从NASA回国后,发现至少等到2025年他的实验才有机会排队跟着国内的卫星上天,现在不仅连排队的资格都没有,还不确定是否能申请到经费。

但现在,这个教授已经和天仪签好了合同,他的定制卫星也在制作中,预计2017年发射。杨峰很高兴,这颗卫星如果打上去,(它搭载的实验)或许将领先NASA三年。

建一个太空实验室

卫星发射是一个封闭的,有高技术门槛,且此前一直由国有体制垄断的行业。在这个领域创业,辛酸苦辣,自不必提。

但杨峰认为:如果和国家队,如中国空间技术研究院相比,我们当然不如他们。但我们和他们都不一样。我们是要成为中国航天的有力补充,不比高大上的技术。我们面对的是商业市场,满足的是客户和市场的需求。我们很灵活,这是可以和国家的体系齐头并进的。

杨峰把自己定义为科学家,我们是做空间科学的工程师,我们既了解航天工程的要求,又了解科学家的需求,这是我们的优势。两年把20颗卫星送上天,也是个300亿美元市场的赚钱好生意

天仪研究院公司内景。图片来源/天仪研究院

天仪研究院生产一颗卫星,从需求、论证、立项、研制、试验到发射的全过程所需时间不到1年,而传统卫星长达5至10年。传统卫星的成本是数亿元,而天仪小卫星只要数百万 。如此大幅缩水的时间与资金成本,使很多原本无望进行太空实验企业与个人有了盼头。

对科学家来说,在太空开展的研究将为地面许多工业过程、高效清洁燃烧、动力系统、生物医药、材料设计和新材料制备等产业应用和科技发展,提供重要方法及数据支撑。但是,因投资巨大而资源和空间有限,有很多空间科学的需求得不到满足。中国空间站将于2022年建成,而从全国顶尖的科学家以及科研院所征集的1000多份实验中,仅有近百项能通过层层挑选被送入空间站。 相较之下,依靠天仪研究院量身定制的微小卫星,最短只需1年,科学家们手头的实验就能上天验证。

对元器件及航天周边产品民营供货商来说,这也是检测手头产品的绝佳机会,有了在太空中成功运行的证明,这些产品也可能获得相应资质,成功打入原来苦求不得入的航天市场。

天仪研究院的发展速度佐证了太空科学实验这个细分市场的潜力:2016年2月才在装修办公室, 6月即完成了由北极光、国科嘉和领投的数千万元规模首轮融资交割,11月份把第一颗卫星打上天,年底公司盈利。 2017年4月21日,天仪研究院获得近亿元人民币A轮融资,由赛富动势基金领投,经纬中国、名川资本、现有投资方北极光与国科嘉和跟投。

除了提高效率,量产小卫星,降低成本,获得利润,杨峰也希望保证小卫星的质量。航天产品在模样、初样、正样阶段要反复验证,而为了降低成本,天仪选择一步到位做出正样。为了保证立方星上天后的正常运行,团队非常重视地面上的的测试和安装。上颗星发射前,几乎有2个月,整个研究所的人都没睡觉。

我们尝试找的是一个商业航天的研究体系。国家的卫星发射最重要的是确保万无一失,这导致它们的成本高,效率低。而商业市场上,效率一点要高,但质量可以先放一边。我们的目标是在质量和效率中间找到一个最佳点,我们一直在找这个节奏,杨峰说。

定下两年发射20颗卫星的计划,是一次试水。

要完成这个计划,除了足够的市场需求和天仪本身过硬的技术能力,发射资源的获取尤其关键。

目前,我国商业搭载发射还处于起步阶段。现有卫星发射搭载与发射主要由政府主导,主星和需要搭载的小卫星往往具有一定的官方背景,搭载任务以特定的工程形式进行组织和协调。和传统卫星搭载发射相比,小卫星商业搭载需要签订商业合同,有较严格和确定的交付进度,在管理模式、责任与权利等细节问题上有更明确的考虑和规定。

国内的发射资源有限,目前有几家创业企业也在做火箭发射,我们也希望他们成功,杨峰说。

发展国外市场,也是天仪研究院未来战略中很重要的一步。这不仅能提高发射效率,也能扩大天仪与国际航天机构、科研圈的合作。

杨峰的愿景里,天仪研究院覆盖到的市场不仅在国内,更重要的是布局国外,像同心圆一样分成三层。核心是有太空科学实验、技术验证需求的客户,如通信试验、星载计算机等; 第二圈是与航空有关联的专业用户,比如想进入航天市场但在此之前没有机会上天对产品做验证的太阳能企业;第三圈是未来可能与航空有联系的行业,比如互联网企业。

两年把20颗卫星送上天,也是个300亿美元市场的赚钱好生意

天仪研究院团队。图片来源/天仪研究院

2017年2月,北京佳格天地科技有限公司与天仪研究院结成战略合作伙伴,准备就卫星与大数据平台、智能农业、智慧城市等领域在全球范围内开展长期合作。3月底,天仪研究院与UCloud宣布达成了合作,共同研制国内首颗分时租赁天文卫星UCloud云汉号,预计2018年发射,这是国内商用航天卫星领域首次与云服务商合作。

这些刚开始,或还未发生的合作层层铺开,或许就能实现杨峰对天仪的期望:卫星只是一个载体,我们要做的是一个太空实验室。

(本文首发。记者/元婕,编辑/刘湘明)

*商业科学家专栏,由海信冠名呈现-科技带来最美好的未来。

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