电子厂商利用人工卫星赚钱的日子已不再遥远。企业拥有人工卫星极为平常的时代即将到来。在未来,企业拥有“卫星”也许会像拥有汽车一样平常。同时,卫星制造商和卫星部件供应商也将获得更大的商机。
图1:北海道工业大学领导开发的超小型卫星“HIT-SAT” 主体为边长12cm的立方体,重量为2.7kg。
使之成为可能的是重量不到100kg,边长约为几十cm的人工卫星,即“超小型卫星”(图1)。超小型卫星具有开发成本低达1亿~2亿日元,开发期只需1~2年的特点。此前仅日本就成功发射了15颗以上。
传统的人工卫星不仅重达数吨,开发成本高达数百亿日元,而且开发期长达5年左右。再加上开发费用的负担,拥有绝非易事。因此,人工卫星的用户此前仅限于国家、通信运营商、广播电视运营商。
超小型卫星的问世有可能改变这一格局。随着持有卫星的难度的大幅下降,对于地球上各行各业的企业而言,拥有人工卫星将不再是梦想。
日本走在开发前列
在日本,多家大学和研究机构多年前就启动了超小型卫星的开发。不仅积累了超小型卫星所需的知识,而且找出了诸多问题(图2)。这使得超小型卫星业务化的时机日趋成熟。
图2:超小型卫星的定位变化 2002~2003年的主要目的是发射超小型卫星。之后,随着大学等参与机构的增加,相关技术得到了发展。今后,企业将开展全面的应用。 在超小型卫星开发方面,日本一直走在世界前列。全球首先开发出重1kg、外形为10cm边长立方体的人工卫星,即“立方体卫星(CubeSat)”并成功发射的是日本的两所大学:开发“XI-IV”的东京大学和开发“CUTE-I”的东京工业大学。这两颗立方体卫星均为学生独立制作,已于2003年6月同时升空。
在之前的2002年12月,千叶工业大学曾经发射了重50kg的鲸生态观测卫星“观太君”。在日本航空科学研究所(ISAS)长年从事人工卫星开发的林友直(时任千叶工业大学教授,现任东京大学名誉教授/ISAS名誉教授)、在NEC参与过多颗人工卫星开发的升本喜就等日本人工卫星行业精英领导了此次开发。
后来直至今天,日本国内外开发及发射超小型卫星的热潮一直在延续。2009年1月,与观测技术卫星“息吹”一同,日本同时发射了7颗超小型卫星。
摆脱航空部件的束缚
在这些超小型卫星的开发及发射中得到的最大发现莫过于“明确了民用部件完全可供航空使用,无需航空专用部件”(林)。对于民用部件的积极采用正是超小型卫星制造成本远远低于传统卫星的决定性因素(图3)。
众所周知,民用部件不针对航空用途。无法保证在宇宙空间正常工作。可能出现航空用途常见的故障,例如射线造成的软错误等。即便如此,卫星开发人员依然认真地对部件开展了试验/评估,并且利用此前发射的多颗超小型人工卫星证实:只要采取相应措施,民用部件在宇宙空间也可以工作。
图3:众多电子厂商面临更大的商机传统人工卫星使用航空专用部件,但超小型卫星大多使用民用部件。民用部件一般使用最尖端的制造技术,因此价格低廉、性能较高,而且体积小、重量轻、功耗低。但此类部件不针对航空使用,无法保证在宇宙空间正常工作。 民用部件之所以能够成功采用,是因为日本家电厂商和汽车厂商的可靠性要求严格,部件厂商为了满足要求从事技术开发,“使民用部件也具有了足够的可靠性”(林)。
传统人工卫星使用的航空专用部件的价格往往是同样功能民用部件的数千倍乃至数万倍。因为航空专用部件不仅供货量小,为了保证在宇宙空间正常工作,还需要开展大量试验进行筛选。而且,部件制造技术的换代也难以实施。由于每次换代都需要复杂的航空试验。因此,通过试验的部件一般会长年使用。基于以上原因,航空部件使用的制造技术大多比民用部件落后2~3代。这样虽然能够确保正常动作,但却需要使用昂贵、性能低下,而且体积、重量、功耗偏大的部件。
使用民用部件的超小型卫星摆脱了这一束缚。因为使用的民用部件运用了最尖端的制造技术,所以性价比和开发周期都有所改善。这一特点除了有助于以低成本制造超小型卫星外,还具有重大意义:随着高性能民用部件的采用,性能赶上或超越传统人工卫星的超小型卫星最终有望实现。如果能够解决发射方式和通信电波等课题,超小型卫星甚至有望发展成为巨大的市场。
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