過去幾年，航天工業(yè)的經(jīng)營方式發(fā)生顯著變化。新企業(yè)正借助目標(biāo)遠大的項目進入新的市場，抓住巨大的商機。隨著發(fā)射入軌的商業(yè)航天衛(wèi)星數(shù)量迅速增加，并且成本大幅下降。運載火箭成本逐漸降低，摩爾定律的體現(xiàn)使得衛(wèi)星體積也縮小了好幾個數(shù)量級。相比于前幾代公交車大小的超復(fù)雜產(chǎn)品，如今，只有摩托車大小的簡易衛(wèi)星重量更輕，制造和發(fā)射成本也更加低廉。

隨著設(shè)計、制造和標(biāo)準(zhǔn)化的進步，上市時間也進一步縮短，這些對商用航天衛(wèi)星行業(yè)產(chǎn)生了重大影響，令衛(wèi)星的部署速度更快，過程更加靈活。SpaceX、OneWeb、Telesat和Amazon等新太空私有企業(yè)計劃在未來十年內(nèi)發(fā)射數(shù)千顆近地軌道(LEO)衛(wèi)星，從而組成巨型衛(wèi)星群，以便提供全球性的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，甚至覆蓋世界上的無網(wǎng)絡(luò)地區(qū)。

商業(yè)航天衛(wèi)星市場*（主要為低成本近地軌道衛(wèi)星）快速擴張，現(xiàn)已成為市場發(fā)展的驅(qū)動力，與之形成對比的是限制多、成本高、海拔高的地球同步軌道(GEO)衛(wèi)星。隨著市場變化，最主要問題之一是需要多少抗輻射加固。如今，大量商業(yè)航天市場不能承擔(dān)成本較高、要求嚴格、耐輻射，并且符合航天標(biāo)準(zhǔn)的"傳統(tǒng)"芯片、元件和設(shè)備，并且通常也不需要。

對于高可靠性的傳統(tǒng)產(chǎn)品，其初始的設(shè)計目的是為了在惡劣的太空環(huán)境中使用數(shù)十年，搭載的則是高地球軌道的GEO電信衛(wèi)星。在那種環(huán)境里，輻射更加強烈，同時也會對航天器的電子裝置產(chǎn)生危害。現(xiàn)在，在衛(wèi)星市場中，15至20年的抗輻射飛行任務(wù)的市場份額只占一小部分。今天的新太空商業(yè)市場有著不同的結(jié)構(gòu)--任務(wù)持續(xù)時間只有幾年，甚至幾個月，因此在太空輻射威脅相對較低的地方輻射加固水平的要求也更低。

太空輻射

衛(wèi)星和航天器電子系統(tǒng)的主要威脅是輻射。輻射產(chǎn)生的影響包括臨時故障、長期退化、災(zāi)難性故障等。適用的防御措施是使用經(jīng)過輻射加固和測試的電子設(shè)備，它們經(jīng)過專門的輻射性能和生存能力測試。

推動商業(yè)航天衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)發(fā)展的因素

·  更低的發(fā)射成本

·  體積更小、重量更輕、價格更加低廉的航天器

·  對現(xiàn)代IC技術(shù)和新功能的需求

·  對近地軌道任務(wù)和更大衛(wèi)星群的重視

·  需要縮短產(chǎn)品上市時間

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“97%的航天行業(yè)收入中，‘地球太空’經(jīng)濟貢獻了3660億美元。”?

哈佛商業(yè)評論，2021年2月12日

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巨型衛(wèi)星群

商業(yè)航天行業(yè)發(fā)展勢頭迅猛，這讓太空登錄這件事變得比以往任何時候都更加容易。由數(shù)千顆衛(wèi)星組成的低成本近地軌道巨型衛(wèi)星群已經(jīng)開始部署。

作為商業(yè)航天衛(wèi)星領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)企業(yè)，SpaceX正在重復(fù)使用其F9火箭助推器，同時將多達60顆更輕、更經(jīng)濟的衛(wèi)星發(fā)射到近地軌道。共乘和推進器的重復(fù)使用降低了發(fā)射成本，使每顆衛(wèi)星的價格降至100萬美元。這些近地軌道衛(wèi)星在341英里（550千米）的高度上環(huán)繞地球運行，高度大約是地球同步軌道距離的3%。

近地軌道信號延遲更低，為關(guān)鍵業(yè)務(wù)通信、遠程機器人手術(shù)、金融交易和游戲等應(yīng)用場合提供更快的響應(yīng)速度。不過，相比在傳統(tǒng)地球同步軌道高度運行，較低的軌道上的這些衛(wèi)星觀察到的地球表面范圍更小，因此需要更多的衛(wèi)星才能實現(xiàn)相同的地球表面覆蓋范圍。

小型衛(wèi)星和巨型衛(wèi)星群的應(yīng)用正在普及開來，預(yù)計每年會發(fā)射1000多顆近地衛(wèi)星。

由于超大型衛(wèi)星群中擁有如此多的衛(wèi)星，商業(yè)企業(yè)不可能同時讓多顆衛(wèi)星維持運行，并為每套傳統(tǒng)器件支付數(shù)千美元的費用。對于在商業(yè)太空衛(wèi)星行業(yè)開展業(yè)務(wù)的新太空企業(yè)，需要一個切實可行、經(jīng)濟實惠，并且適合用來平衡任務(wù)和風(fēng)險的解決方案。

巨型衛(wèi)星群業(yè)務(wù)

新太空是一個新興的全球性私營航天器產(chǎn)業(yè)，致力于尋求體積較小、功能較強、具有成本效益的抗輻射技術(shù)，以滿足低輻射或相對良性輻射環(huán)境和短時任務(wù)的需要。

目標(biāo)

·  降低準(zhǔn)入門檻

·  提供體積更小、價格更低、重量為500公斤以下的衛(wèi)星來執(zhí)行單一任務(wù)

·  近地軌道高度僅為地球同步軌道的3%，且處于較低的輻射環(huán)境中

·  需要更復(fù)雜的通信網(wǎng)絡(luò)

彌合差距的商業(yè)解決方案

今天的小型衛(wèi)星需要創(chuàng)新的設(shè)計解決方案，減小尺寸、重量、功率和成本，這是傳統(tǒng)器件所不具備的。在太空應(yīng)用中使用價格較低的商用現(xiàn)成(COTS)器件有許多益處，可享受先進的技術(shù)、更高的集成度、更高的性能和更好的SWaP。不過，僅使用COTS器件可能無法滿足許多新航天事業(yè)的保護、測試和可靠性需求。

如今，ADI公司的商業(yè)航天產(chǎn)品彌合了低端COTS器件與傳統(tǒng)全航天級氣密QML V產(chǎn)品之間的差距。商業(yè)航天產(chǎn)品實現(xiàn)了可靠性與低成本之間的平衡，以達到可接受的風(fēng)險水平。其他功能包括晶圓批次統(tǒng)一性和可追溯性、輻射監(jiān)測器和強化測試，以及COTS商用級產(chǎn)品不支持的功能。

ADI航空航天、防務(wù)和RF產(chǎn)品總經(jīng)理Chris Chipman表示：“一家巨型衛(wèi)星群企業(yè)可以決定在其衛(wèi)星上使用標(biāo)準(zhǔn)的塑料COTS器件，沒有輻射要求，也不需要任何資質(zhì)。但信號鏈的其他部分可能會承受更高的風(fēng)險。這些器件不能發(fā)生故障，因為它們調(diào)節(jié)著關(guān)鍵的飛行系統(tǒng)，比如對實際無線電本身的遙測控制。若讓服務(wù)長期脫機，企業(yè)則不能承擔(dān)起這筆費用，因此需要考慮較高級別的組件。”

產(chǎn)品等級評估表

ADI兩類新商業(yè)航天產(chǎn)品概述

ADI公司建立了兩個新的產(chǎn)品等級組合，以滿足新興商業(yè)航天衛(wèi)星行業(yè)的廣泛需求。該行業(yè)主要研究在低輻射環(huán)境中運行的近地衛(wèi)星和巨型衛(wèi)星群，以及傳統(tǒng)地球同步軌道衛(wèi)星不斷變化的成本壓力。憑借四十多年以來積累的航天級部件制造知識，ADI公司專注于開發(fā)符合靈活性、可靠性和質(zhì)量要求的產(chǎn)品，以適用于任何任務(wù)。

商用航天低軌道衛(wèi)星(CSL)

商用航天低軌道衛(wèi)星是為了滿足成本限制或高容量的需求，它提供了適合在低輻射環(huán)境中繞軌道運行的近地軌道衛(wèi)星群的基本測試和篩選服務(wù)。

商用航天高軌道衛(wèi)星(CSH)

專為需要高可靠性、比傳統(tǒng)產(chǎn)品成本更低、功能更先進的客戶而設(shè)計。商用航天高軌道衛(wèi)星具備較高水平的篩選和輻射鑒定能力，并提供了嚴格的測試。可在沒有氣密包裝的情況下使用（相當(dāng)于使用SAE AS6294作為指南的QML V）。CSH包含CSL所能提供的一切功能，另外還可提供高可靠性的篩選和質(zhì)量合格檢驗服務(wù)。

改善生活的新產(chǎn)品

COTS器件、CSL和CSH不僅是實現(xiàn)更好的SWaP、更小體積衛(wèi)星和巨型衛(wèi)星群的技術(shù)，而且是提高生活質(zhì)量和拯救生命的工具。

鑒于商業(yè)太空衛(wèi)星產(chǎn)品的創(chuàng)新，以及勇于開拓的新太空企業(yè)在實現(xiàn)星際遠航方面付出的努力，所有這一切目標(biāo)，甚至是更多的目標(biāo)都有可能實現(xiàn)。

地球觀測衛(wèi)星提供的數(shù)據(jù)將有助于提供有價值的見解，讓我們更好地了解地球的河流、海洋、森林和基礎(chǔ)設(shè)施，從而提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，改善水、資源和野生動物管理。

由于氣候變化，颶風(fēng)和森林大火等災(zāi)害正在增多。通過寬帶連接覆蓋地球的衛(wèi)星系統(tǒng)，可以降低災(zāi)害影響。比如，華盛頓莫爾登鎮(zhèn)曾發(fā)生了火災(zāi)，緊急救援人員將太空聯(lián)網(wǎng)用于網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)，有效地幫助了人們的災(zāi)后重建工作。

這樣的技術(shù)也可以在許多小城中應(yīng)用，如位于西得克薩斯州埃克托縣的敖德薩。在這片荒涼、平坦、干燥的土地上，近40%的家庭反映寬帶服務(wù)不可靠，或根本未提供寬帶服務(wù)。太空"飛行路由器"的波束連接可以幫助孩子們遠程在線觀看學(xué)校課程，在家繼續(xù)接受教育。

文內(nèi)注釋：

*美國銀行預(yù)計太空經(jīng)濟投入資金將在2030年達到1.4萬億美元，相比于2019年的4240億美元，增幅達到了230%，這主要得益于企業(yè)之間投資以及政府私人投資機會的增多。CNBC，2020年10月4日。

?包括電信、互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施、地球觀測能力和國家安全衛(wèi)星。