1 低成本衞星內涵辨析
當前，低成本衞星仍是相對概念，一般由工業界和學術界以“低成本”(Low Co s t)、“較低成本”(Lower Cost)或“降低成本”(CostReduction)等概指。國外研究界一般認為，低成本衞星是指全壽命週期成本顯著低於同類衞星平均成本的衞星。每個衞星任務都有其特定的任務需求、項目管理和指南要求，這些要素決定了衞星應具備的功能及其實現途徑。不同衞星的任務有效載荷顯著不同，其性能指標也具有較大差異。因此，國外研究界認為，無法用定量化的方式定義低成本衞星，但基於數理統計分析方法可以對比確定屬於低成本範疇的衞星項目。總結這些滿足低成本條件的衞星項目研製期間所採用的技術手段，即可認為採用這些手段能比傳統手段更有效地降低衞星成本。
低成本衞星是全壽命週期概念
必須從衞星項目的整個壽命週期視角降低任務成本，包括項目的概念研究階段、項目定義階段、設計階段、研製階段和運行階段。降低任務要求、引入創新技術、優化發射選擇、創新運營模式都是發展低成本衞星的重要手段。
低成本衞星是價格和性能的綜合作用結果
低成本衞星不以追逐絕對的低價格為最高優先級，而是聚焦發展高性價比衞星，要充分發揮比較優勢，為空間任務提供高性價比實現途徑。低成本往往意味着低要求，但發展低成本衞星不等同於要以完全犧牲衞星可靠性和衞星功能為前提，其核心目的應是以較低成本發展利用空間技術。
低成本衞星不等同於小衞星
儘管小衞星相較傳統大衞星的研製成本和發射成本更低，但實際上小衞星低成本更多是依靠輕量化、小型化及對發射能力需求更低實現的。低成本衞星的關鍵則是降低任務需求，以高性價比的方式發展滿足功能需求的衞星系統。因此，低成本衞星不等同於小衞星，中大型衞星也可以是低成本衞星。
2 國外降低衞星成本典型案例
實施有效的衞星成本管理，避免成本過度上漲是發展可持續航天能力的關鍵。降低衞星成本需從項目決策層面到項目執行層面，再到技術研製層面一體貫行。美國政府、Microcosm諮詢公司、薩瑞衞星技術有限公司(SSTL，以下簡稱薩瑞公司)和泰雷茲-阿萊尼亞航天公司(TAS)等均進行了相關研究，並採取了必要措施以降低衞星成本。
美國政府從工程技術、競爭力和商業三個層面提出降低衞星成本的技術途徑為了有效解決航天任務“拖進度、漲成本、降能力”問題，美國國家情報辦公室於2011年12月面向美國工業界和學術界發佈了“信息徵詢書”(RFI)，徵集低成本衞星技術途徑和備選方案。美國國家情報辦公室徵詢結果表明，低成本衞星可從工程技術、競爭力和商業三個層面實現，其中標準化、通用化、模塊化設計是工業界關注的焦點。據此，美國國家情報辦公室啟動了“空間通用模塊化架構”(SUMO)項目，重點提高衞星部組件通用化水平，以實現降低衞星成本和引入模塊化概念鼓勵創新的目標。
1 ) 工程技術手段。包括： 支持即插即用(PnP)設計的標準化電子接口;通用化部件，滿足多種應用需求;模塊化平台設計;通用測試和鑑定要求;可升級體系架構;技術升級與創新。
2 ) 競爭力手段。包括： 基於全局標準而不是用户產品調整目標; 調整國際武器貿易條例(ITAR)，去除不必要的限制約束;政府保持全球航天領導者地位;政府和工業界聯盟，創造雙贏機會。
3)商業與合同方面的手段。包括：創建可預測的、穩定的政府規劃週期;有效載荷搭載;充分使用商業服務、能力和基礎設施;資源共享—軟件庫，開發工具、開發技術和開發信息;資源共享—軌道和頻率資源;風險容忍文化;避免需求變化，保持需求的穩定性;項目管理和監管穩定;優化投資，與工業界利益保持一致;批量購買，實現採購方和供應方雙贏;儘可能鼓勵使用固定價格合同的方式;協調標準化和資源共享，並保護公司私有技術、發展戰略和交易等祕密信息。
英國薩瑞公司從六個方面踐行低成本衞星發展理念
薩瑞公司通過優化組織管理、改進衞星設計、形成了獨特的低成本衞星研製文化。薩瑞公司自20世紀70年代成立之初，就以快速建造低成本小衞星為目的。按照以大衞星20%的成本和40%的研製週期獲得80%性能的設計思想，採用降低技術難度、降低壽命要求、降低進入門檻等方式，促進了新型研製模式的出現，通過大量使用商用現貨部件、快速非連續製造、研製和測試流程優化，降低了衞星成本。
1)小型團隊，集同工作。高效精簡和扁平化架構的研製管理團隊是薩瑞公司保持較高工作效率、降低人力成本的重要舉措;管理、設計、製造和運行部門在同一地點進行可以顯著降低成本。
2)減少分包商的數量，保持完整的“內部能力”。發展從衞星總體到分系統再到部組件級的研製能力，避免轉包商所帶來的制約與依賴，將減少正式接口文件和合同協商，從而提高生產效率。
3)廣泛使用商用現貨產品，控制部件成本。在可能情況下，優先使用商業或工業部件。在商業或工業部件可用的情況下，該方法可以避免航天級部件的高成本，減少交付週期、避免出口許可證及部件研製的重複等問題。
4)採用靈活性設計。衞星設計採用在軌重構的方式，可以通過宂餘將風險控制在一定範圍。多年的經驗證明，軟件上載的功能至關重要，可以避免一些預想不到的情況發生。
5)採用分佈式計算機和測控系統。通過大量的處理器節點，可以分散系統的複雜性，可以減少對一台星載計算機的依賴。
6)自主在軌運行。地面站和衞星自主運行意味着在進行常規運行時，地面站可處於無人值守狀態;高度自主的小衞星技術以及先進的地面站技術，極大降低了衞星的維護成本，從而有效降低了任務的綜合成本。
3 低成本衞星關鍵技術
低成本衞星是全壽命週期概念，需要創新的系統解決方案和關鍵技術作支撐。本研究重點從衞星平台設計和組裝、集成與測試(AI&T)兩個方面分析低成本衞星關鍵技術。
模塊化衞星平台技術
模塊化平台是低成本衞星的關鍵技術。模塊化平台技術儘量將技術上的升級、新功能的增加限制在某個模塊上。當需要進行技術升級或需要增加新功能時，只需升級局部模塊而不用對整個系統進行大的變動。採用模塊化設計還能簡化衞星系統組裝、集成與測試過程，大大減少保障人員和保障設備，進而降低成本費用。美國諾格公司發展的 “鷹”(Eagle)系列平台、波音公司“ 幻影鳳凰” ( P h a n t o mP h oe n i x)系列平台、薩瑞公司“靜止軌道迷你衞星平台”(GMP)和“日本電氣公司下一代星”(NEXTAR)平台等均是典型的模塊化衞星平台。
“日本電氣公司下一代星”平台是由日本電氣公司(NEC)研製的新一代模塊化平台，平台各功能艙在物理結構上獨立設計，在功能架構上基於SpaceWire標準聯接，可細分為數據處理、姿態軌道控制和任務控制三層網絡。這種物理結構分離、功能聯接一體的模塊化平台架構，使得“日本電氣公司下一代星”平台能夠快速適應不同任務需求，僅做有限的局部修改即可支持可見光、高光譜、紅外和雷達等不同的對地觀測任務，形成對不同對地觀測任務的通用支持能力，降低了平台“裁剪”成本。“日本電氣公司下一代星”平台星載計算機硬件標準完全一致，各部組件也具有相同定義的接口管腳，這種接口標準化設計使得基於“日本電氣公司下一代星”平台的衞星部組件通用化程度和可替換性大幅提高，減少了備用部組件數量，降低衞星研製和測試保障費用。
美國宇航公司(Aerospace)對採用模塊化衞星平台帶來的經濟效益進行了研究分析。該公司廣泛採樣軍事和民用衞星市場訂單數據，利用迴歸分析模型研究得出：大量使用模塊化衞星平台有助於降低衞星成本，研發模塊化衞星平台投入的經費在9年內即可獲得效益回報。長遠看，研製並使用模塊化衞星平台技術，衞星成本總節省額高達188億美元，佔比約為29%。
快速組裝、集成與測試技術
空間即插即用(SPA)技術是系統快速組裝、集成與測試的.基礎，能夠實現識別接入組件並進行動態監測和配置，能夠大大減少衞星系統設計、組裝、集成與測試各個環節的特殊需求，從而縮短項目週期。
空間即插即用技術是美國和空軍研究實驗室(AFRL)為推動發展快速響應能力而聯合推進的關鍵技術。空間即插即用技術初期聚焦快速即插即用技術，發展快速響應能力。隨着技術不斷成熟，空間即插即用概念已被歐洲、日本等航天發達國家接受，併成為縮短衞星研製週期、發展快速組裝、集成與測試能力、降低衞星成本的重要技術途徑。歐洲發展了支持空間即插即用技術的SpireWire總線標準;瑞典與美國空軍研究實驗室合作研究納衞星即插即用架構(NAPA);日本也基於SpaceWire標準研製了支持空間即插即用的新一代模塊化快速響應平台。
對於硬件，空間即插即用定義了組件與平台結構的機械接口標準，設計人員可在集成一次結構板(ISP)上自由選取標準化連接觸點的位置，這些觸點能夠提供電源動力或空間即插即用設備接口。對於軟件，衞星數據模型(SDM)負責飛行軟件的集成，原理上與集成一次結構板類似，確保各種應用能夠根據需要選擇軟件和硬件組件。衞星數據模型集成在分佈式星載計算機的多個CPU節點上，具有空間即插即用軟硬件的自檢測能力，主要負責管理硬件設備和上層服務。
空間即插即用技術在縮短衞星研製週期、降低成本方面具有重要優勢。為驗證空間即插即用技術應用效能，美軍作戰響應空間(ORS)辦公室在2009年利用即插即用衞星-1(PnPSat-1)完成了3種不同構形的6次組裝、集成與測試。6次裝配測試的平均時間是5h，標準偏差是3h。這種偏差主要是由裝配人員的培訓和技能水平決定，而不是衞星構形的變化引起的。完成衞星測試和任務模擬的時間平均約為14.5h，標準偏差為0.3h。就經濟方面考慮，單個大型軍事衞星的成本一般約為1億美元，如果採用成熟的空間即插即用技術則可在人力成本方面節省800萬美元。對單個技術試驗或科學衞星而言，相對傳統建造方式花費的3700萬美元，採用空間即插即用技術可節省約500萬美元。
4 結束語
低成本衞星是平衡成本預算和能力需求的重要手段，是可持續發展利用空間技術的有效途徑。要改變傳統的“面向任務”設計，牢固樹立“面向成本”設計理念，圍繞衞星任務需求，充分考慮經濟因素，對可實現任務目標的各個方案進行權衡分析。研究表明，創新管理模式，採用模塊化平台設計和快速組裝、集成與測試技術，是實現技術和商業雙贏、達成降低衞星成本發展目標的重要手段。
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