歐洲衛星通信專項計劃分析

王余濤（北京空間科技信息研究所）

衛星通信產業是航天產業中商業化程度最高、競爭最為激烈的領域，對航天技術和航天市場的發展具有重要的推動作用。20世紀七八十年代，歐洲衛星通信產業嚴重依賴美國，雖從業企業數量眾多，但難以形成合力，導致其通信衛星系統發展較為緩慢，通信衛星發展水平與我國基本相當。

在意識到衛星通信市場的巨大潛力之后，歐洲航天局（ESA）啟動了名為“通信系統預先研究”（ARTES）的衛星通信專項計劃，全面推進歐洲衛星通信產業發展。在ARTES計劃的推動下，歐洲衛星通信領域逐步形成了政府企業良性互動、全產業鏈協同共進的產業格局，并成功催生出了全球最大的通信衛星平臺等一大批核心產品與應用項目，其衛星通信技術能力正逐步逼近甚至超越美國，國際商業市場份額也已凌駕于美國之上。

目前，我國正處在由航天大國向航天強國邁進的關鍵時期，但在衛星通信領域仍缺乏國家重大專項支持和持續資金投入，與國際一流水平相比，技術能力仍有差距，競爭力相對較弱。因此，深入分析歐洲ARTES計劃的主要特點，系統總結歐洲衛星通信產業發展的先進經驗，有助于解決我國衛星通信系統與技術發展面臨的突出問題，對我國衛星通信產業的后續發展具有積極的參考和借鑒作用。

1 ARTES計劃概況

ARTES計劃是由歐洲航天局主導、全歐洲相關企業廣泛參與的衛星通信專項計劃，從1993年至今，已持續實施20年。目前，已有超過800家歐洲企業通過該計劃獲得了歐洲航天局的資金支持，帶動了歐洲衛星通信技術能力與產業競爭力的整體躍升。

ARTES計劃并非傳統的工程專項計劃，而是全面涵蓋戰略研究、技術研發、產品研制、應用開發的綜合性技術發展專項計劃。鑒于衛星通信領域技術更新頻率高、市場需求變化快的特點，ARTES計劃引入了長期演進式框架，圍繞“保持并提升歐洲衛星通信產業競爭力”的總體目標，針對不同的目的和任務，分階段設置獨立的專題。各專題技術內容可根據歐洲整體戰略規劃和全球市場最新變化進行靈活調整，從而始終保持ARTES計劃的先進性和生命力。

組成

目前，ARTES計劃共設有12個專題，包括5個通用性專題和7個任務/系統性專題，實現了對衛星通信領域的戰略、技術、產品、應用等的全生命周期覆蓋。

通用性專題分別針對戰略研究、技術研發、產品研制和綜合應用等目的，是ARTES計劃的常設專題，主要面向規模較小、周期較短的通用項目。歐洲航天局每年為各通用性專題設立一批新項目，各項目之間相對獨立。

任務/系統性專題分別針對關鍵產品或重大應用方向等迫切需求，是ARTES計劃的臨時專題，主要面向規模較大、周期較長的關鍵項目。超大型平臺、小型平臺和中大型平臺3個專題用于更新“歐洲通信衛星”（Eutelsat）平臺型譜；中繼衛星系統專題用于部署“歐洲數據中繼衛星”（EDRS）系統；空管衛星通信和天基海運監視專題用于發展新興衛星通信應用；公私合作專題用于促進大型公私合營項目。歐洲航天局將每個任務/系統性專題分解為多個子專題，各子專題間具有較高的相關性和延續性，既可并行開展，也可分步實施。

ARTES計劃現有專題一覽表

管理

ARTES計劃由歐洲航天局下設的通信與綜合應用處（TIA）負責具體管理，但相關重大決策問題都需要由19個參與國分管航天領域的部長級官員共同討論通過。各參與國均有指定的本國代表機構，負責代表本國在ARTES計劃中的利益。參與國的所有企業均可在該計劃下申請項目。

根據各專題的特點，歐洲航天局可通過“投標邀請”或“項目征集”的方式，授出項目合同。“投標邀請”類似于項目招標，由歐洲航天局每年定期公布“投標邀請”，以公開競標或限定范圍競標的方式進行招標。在特殊情況下，歐洲航天局也可通過與企業協商的方式，直接向特定企業發出“投標邀請”。“項目征集”方式類似于項目申報，由企業隨時向歐洲航天局提交項目建議書，并由歐洲航天局對滿足相應專題要求的項目進行批復立項，因此可給予企業更高的自主權。

為了擴大產業規模和鼓勵技術創新，歐洲航天局還在部分專題下發起了基于“項目征集”的“新參與者倡議”，為新進入衛星通信領域的中小型企業開通專用的立項通道。

經費

ARTES計劃采取“資金多源、形式多樣”的經費籌集方式，包括政府全額資助和兩種比例的政府企業合資。對處于技術研發初期階段，商業或技術風險較高的創新性專題，歐洲航天局將給予全額資助，扶植企業技術創新。對涉及新技術或新工藝，且最終產品具有明確市場潛力的專題，歐洲航天局將給予最高75%的部分資助，其余資金由項目承擔企業自籌。對基于現有技術，但根據新型產品、系統或應用進行裁剪，且具有明確市場需求的集成或演示驗證項目，歐洲航天局將給予最高50%的部分資助。

歐洲航天局為ARTES計劃提供的經費直接來自其年度預算，因此可保證長期連續的資金投入。2009－2011年，歐洲航天局授出的ARTES合同總額約為8億歐元。其中：約2.7億歐元用于通用性專題，約占1/3；約5.3億歐元用于任務/系統性專題，約占2/3。

2 ARTES專題研究內容

通用性專題

ARTES計劃的通用性專題既考慮了長期發展戰略，又兼顧了短期經濟效益，從技術基礎、創新研發、產品孵化、應用促進等角度出發，為歐洲衛星通信技術水平和產業競爭力的提升奠定了堅實的基礎。

（1）戰略研究

戰略研究專題包括市場評估、新概念研發、天地一體化、標準化及規章制度環境建設等軟科學研究項目，是支撐整個ARTES計劃的戰略性技術基礎專題。該專題采用“投標邀請”的立項方式，并由歐洲航天局全額資助。2013－2016年間，其預算額度約為每年1000萬歐元。

2009－2011年ARTES計劃項目經費

盡管戰略研究專題的預算額度在ARTES計劃中處于最低水平，但該專題各項目的研究結論將作為歐洲航天局更新衛星通信領域長期發展規劃與技術路線圖的關鍵輸入。同時，該專題的研究成果將在保留知識產權的前提下，向ARTES計劃參與國的所有企業開放，以最大限度擴大成果的利用范圍，避免重復研究和資源浪費。

（2）技術研發

技術研發專題原專題編號為ARTES 5，2008年后細分為長期技術研發（ARTES 5.1）和短期技術攻關（ARTES 5.2）兩個專題。兩者除出發點和側重點不同之外，在立項方式和經費來源等方面也有所區別。

長期技術研發專題除面向長期的空間段/地面段軟硬件技術與工藝研發之外，還包括系統/分系統級的長期技術研發或概念研究等內容，旨在為歐洲衛星通信產業提升基礎技術能力。該專題采用“投標邀請”的立項方式，并由歐洲航天局提供全額資助。2013－2016年間，其預算額度約為每年3300萬歐元。

短期技術攻關專題僅針對短期的空間段/地面段軟硬件技術與工藝研發，旨在為新型衛星通信產品突破關鍵技術難點。在ARTES計劃執行過程中，該專題常作為產品研制專題的預備專題，項目承擔企業可在其研究成果的基礎上，繼續在產品研制專題下申請后續項目，以完成新技術向新產品的轉化。該專題采用“項目征集”的立項方式，由歐洲航天局提供最高75%的部分資助。2013－2016年間，其預算額度約為每年1700萬歐元。

（3）產品研制

產品研制專題合并了原有的ARTES 3和ARTES 4專題，主要針對空間段/地面段軟硬件產品的研制或升級，是ARTES計劃中支持產品孵化的核心專題。此外，該專題還從1997年開始支持衛星通信應用項目的開發與演示驗證。產品研制專題采用“項目征集”的立項方式，由歐洲航天局提供最高50%的部分資助。2013－2016年間，其預算額度約為每年1億歐元。

產品研制專題不僅為歐洲衛星通信產業輸出了大量的衛星平臺部組件、有效載荷、地面設備和衛星通信應用項目，并且也是用于扶持中小企業的重點專題。1997－2011年間，該專題共支持了154個衛星通信應用項目，其中約66%的項目由中小型企業承擔，約50%的項目由新進入衛星通信領域的企業承擔。

2012年12月，歐洲航天局為了給更多的新產品爭取首次飛行驗證的機遇，在產品研制專題下啟動了名為“阿特拉斯”（Atlas）的子專題。該子專題由歐洲航天局主導，產品制造商可隨時為新產品提出首飛驗證申請，并由歐洲航天局出面，利用商業通信衛星制造市場，為新產品尋求首飛驗證機遇。

2013年1月，泰雷茲-阿萊尼亞航天公司（TAS，以下簡稱泰雷茲公司）和歐洲通信衛星（EUTELSAT）公司在歐洲航天局的協調下，達成了“阿特拉斯”子專題下的首份協議。兩家公司將利用歐洲通信衛星－8WB完成3種新產品的首飛驗證，包括：①用于衛星接收天線后端的新型變頻器，可在不影響下行鏈路頻率的條件下改變上行鏈路頻率，以解決“劫持廣播衛星”等上行鏈路信號干擾問題；②新型高功率放大器，可根據實際需求進行功率動態分配，增加同時工作的信道數量；③新型指令接收機，支持多種頻率，可提高衛星操作的靈活性，便于調整衛星軌位。

歐洲通信衛星－8WB在軌飛行示意圖

（4）綜合應用

綜合應用專題又稱“綜合應用促進”（IAP）計劃，旨在通過與最終用戶的密切合作，培育綜合應用衛星通信、導航、遙感技術以及空基、地基技術的新型應用項目，以深入挖掘現有衛星資源的應用潛力。綜合應用專題采用“項目征集”的立項方式，由歐洲航天局提供最高50%的部分資助。2013－2016年間，其預算額度約為每年3000萬歐元。

綜合應用專題每年舉行一次“創意征集”活動，用于收集用戶需求，以便評估各應用領域的優先級和指導后續工作的開展。該專題下的項目多由最終用戶發起，成功立項后須先進行可行性研究，并根據可行性研究的結果，確定是否繼續開展演示驗證。完成演示驗證后，項目承擔企業可自行將項目轉入試運營或業務化運營階段。

盡管綜合應用專題的預算額度并不高，但卻為歐洲衛星通信產業帶來了極為顯著的經濟回報。目前，綜合應用專題已支持了超過75個應用項目，平均每年支持21項可行性研究和18項演示驗證，其中的5個項目已進入業務化運營或試運營階段。此外，歐洲航天局還通過與歐洲海事安全局（EMSA）在該專題下的合作，直接促成了天基海運監視專題的設立。

任務/系統性專題

ARTES計劃的任務/系統性專題借助歐洲航天局的統一規劃與協調，通過廣泛動員歐洲企業的優勢力量，保證了重大工程項目的順利實施，切實提升了歐洲衛星通信技術水平與產業競爭力。

（1）超大型平臺

超大型平臺專題設立于2001年11月，用于研制超大型“阿爾法平臺”，填補歐洲在發射質量6t以上的超大型平臺領域的空白。除平臺研制工作外，該專題還包括首發驗證衛星、后續平臺改進型、相關有效載荷、地面段及用戶段等工作內容。后來設立的小型平臺和中大型平臺專題也沿用了這種全系統、全周期的專題工作思路。

“阿爾法平臺”由阿斯特留姆公司和泰雷茲公司聯合研制，其主要技術指標全面超越LS－1300、BSS－702、A2100等美國現有平臺產品，是全球目前最大的通信衛星平臺。“阿爾法平臺”設計壽命15年，整星發射質量6～8t，有效載荷質量最高1.5t，有效載荷功率12～18kW，最多可攜帶190臺轉發器和12副天線。

2011年4月，歐洲航天局又與阿斯特留姆公司和泰雷茲公司簽訂了“阿爾法平臺”擴展型（Alphabus Extension）的研制合同。該平臺將在“阿爾法平臺”基本型的基礎上，進一步擴大歐洲在超大型平臺領域的技術領先優勢，實現整星發射質量8.8t，有效載荷質量2t，有效載荷功率22kW，最多可攜帶230臺轉發器。

采用“阿爾法平臺”的首顆衛星—“阿爾法衛星”測試中

2013年7月25日，基于“阿爾法平臺”的首顆衛星—“阿爾法衛星”成功發射，標志著“阿爾法平臺”正式進入空間應用階段。“阿爾法衛星”發射質量6650kg，壽命末期功率12kW，裝有L頻段移動通信有效載荷和直徑為11m的大型展開式天線。

通過兩家頂尖制造商的強強聯手和眾多部組件供應商的廣泛參與，超大型平臺專題僅用了不到12年的時間就完成了一款全新平臺的研制工作，并實現了“阿爾法平臺”的首次飛行驗證。同時，該專題的研究成果也為歐洲現有平臺產品的技術更新提供了有力支持。為“阿爾法平臺”研發的空間電源、電子設備等新技術已逐步在“歐洲星”（Eurostar）和“空間客車”（Spacebus）系列平臺上得到應用。

（2）小型平臺

小型平臺專題設立于2005年12月，用于研制發射質量3t以下的“小型地球靜止軌道”平臺，以打破美國制造商在該領域的長期壟斷地位。

“小型地球靜止軌道”平臺由德國OHB系統公司研制，平臺設計壽命15年，壽命末期平均功率4.5kW，可支持有效載荷質量300kg以下、有效載荷功率3kW以下的地球靜止軌道通信衛星，并將支持全電推進技術。該平臺研制成功后，將與美國軌道科學公司的小型平臺以及波音公司的BSS－702SP全電推進平臺形成直接競爭關系。

“歐洲通信衛星”平臺型譜規劃

西班牙衛星－AG1在軌飛行示意圖

目前，“小型地球靜止軌道”平臺的研制工作已接近尾聲，其擴展型平臺的研制工作正在同步開展，以求進一步提升性能指標、降低生產成本。采用“小型地球靜止軌道”平臺的首顆衛星—西班牙衛星－AG1（Hispasat－AG1）計劃于2014年末發射。此外，該平臺還將用于中繼衛星系統專題的歐洲數據中繼衛星－C和公私合作專題的“伊萊克特拉”（Electra）全電推進衛星。

在充分借鑒超大型平臺專題成功經驗的基礎上，“小型地球靜止軌道”平臺的研制周期進一步縮短，預計花費9年左右的時間即可實現平臺的首次飛行驗證。此外，小型平臺專題也體現出歐洲航天局對產業布局的整體把控能力，不僅將OHB系統公司逐步培育成為具備整星交付能力的通信衛星制造商，并且明確將該公司定位于小型衛星制造商，從而有效回避了與阿斯特里姆公司和泰雷茲公司的內部競爭。

（3）中大型平臺

中大型平臺專題是2012年12月設立的新專題，用于研制取代歐洲現有主流平臺產品的“新衛星”下一代平臺，以保持并提升歐洲主流通信衛星平臺的國際競爭力。

該專題延續了超大型平臺專題的強強聯手模式，繼續由阿斯特里姆公司和泰雷茲公司擔任聯合主承包商。“新衛星”平臺瞄準發射質量3～6t的主流通信衛星市場，將通過創新技術、降低成本、縮短生產周期等手段，使其整體競爭力較歐洲現有平臺提升了30%。

“新衛星”平臺計劃在2018年進行首飛驗證，并正式投向市場。屆時，“新衛星”平臺將接替歐洲星－3000和空間客車－4000系列平臺，與“阿爾法平臺”和“小型地球靜止軌道”平臺共同組成歐洲新一代平臺產品線。歐洲航天局為“新衛星”平臺提出的目標是：在2018－2030年期間，實現50%的國際市場占有率，即獲得約150顆衛星的研制合同，預計可為歐洲帶來約250億歐元的衛星制造收入。

（4）中繼衛星系統

“歐洲數據中繼衛星”可以近實時地傳輸數據

中繼衛星系統專題用于研制和部署基于激光通信和Ka頻段星間鏈路技術的“歐洲數據中繼衛星”業務中繼衛星系統，以保證歐洲擁有獨立自主的中繼衛星系統和全球范圍的準實時接入能力，并重點為“全球環境與安全監視”（GMES）計劃下的對地觀測衛星提供服務。

早在2001年，歐洲航天局就曾利用“阿蒂米斯”（Artemis）衛星進行了全球首次星間光通信試驗，從而在美國之前率先掌握了衛星激光通信技術。中繼衛星系統專題將在“阿蒂米斯”任務的基礎上，實現全球首個具備激光通信能力的業務中繼衛星系統。

根據歐洲航天局的最新規劃，“歐洲數據中繼衛星”系統將包括歐洲數據中繼衛星－A有效載荷、歐洲數據中繼衛星－C及相關地面系統。搭載歐洲數據中繼衛星－A載荷的歐洲鳥－9B（Eurobird－9B）衛星計劃于2014年發射，歐洲數據中繼衛星－C計劃于2016年發射。

（5）空管衛星通信

空管衛星通信專題用于配合“歐洲同一片天空航空交通管理研究”（SESAR）計劃，為歐洲下一代航空交通管理系統提供一套經過驗證的衛星通信解決方案。

在該專題下發展的“艾瑞斯”系統是基于開放標準的航空衛星通信系統，具有廣覆蓋、低成本、可互操作等特點。該系統將包括至少1顆地球靜止軌道通信衛星及相關地面系統，計劃于2020－2025年投入業務化運營。

目前，空管衛星通信專題仍處于前期研制階段，正在進行系統設計及通信標準制定等工作。2012年12月，歐洲航天局為該專題增設了一個子專題，用于開發基于“國際移動衛星”（Inmarsat）的“艾瑞斯先導”（Iris Precursor）系統，作為“艾瑞斯”業務系統完成部署前的過渡方案。

（6）天基海運監視

天基海運監視專題用于研制和部署一套天基船舶自動識別系統，為歐洲提供全球范圍、可持續的天基海運監視能力，并促進相關商業市場的發展。

歐洲的天基海運監視系統將包括：1顆高性能海運監視衛星，用于保證交通繁忙海域的船舶監視能力；2顆或更多的中等性能海運監視衛星，用于提高海運監視數據的更新頻率。此外，作為一項綜合應用項目，天基海運監視專題還將結合天基紅外相機、天基合成孔徑雷達甚至無人機等探測手段，進一步增強對海上船舶的探測、識別與跟蹤能力。

目前，天基海運監視專題已完成系統設計并正式轉入實施階段。其中，1顆高性能衛星已初步完成平臺選型。除研制和發射海運監視衛星以外，該專題現階段的工作重點還包括開發新型天基海運監視應用服務和促進天基海運監視市場發展。

（7）公私合作

公私合作專題也是2012年12月設立的新專題，用于促進由企業發起的大型公私合營項目，以加速創新性解決方案的商業化進程，促進下游服務開發，進一步增強產業競爭力。

公私合作專題的每個項目將作為獨立的子專題，并設有一個用于支持立項前準備工作的通用子專題（子專題I）。發起項目的企業對項目的設計、研制及驗證階段負全責，并負責管理項目承包商團隊。

“伊萊克特拉”衛星外形圖

目前，由盧森堡SES公司發起的“伊萊克特拉”全電推進衛星項目已被確定為該專題的首個項目（子專題II）。“伊萊克特拉”衛星由OHB系統公司研制，發射后將成為歐洲首顆全電推進衛星。衛星將采用“小型地球靜止軌道”平臺，發射質量3t左右，可提供相當于3～6噸量級主流通信衛星的功率和通信容量，并能夠使用成本更低的小型運載火箭發射。

3 ARTES計劃特點分析

面向基礎技術能力，明確政府企業分工

ARTES計劃專門針對衛星通信領域商業化程度高、技術演進速度快的特點，適時引入了“以技術能力為基礎，以產業發展為保障，以重大項目為抓手”的綜合式框架結構，以推動技術發展進程和提高工業基礎能力為發力點，通過引導和激發歐洲企業的技術創新潛力，逐步實現了歐洲衛星通信技術水平與產業競爭力的顯著提升。

在計劃實施過程中，歐洲航天局成功扮演了催化劑和助推器的角色，借助靈活多樣的立項和投資方式，為企業分擔技術研發風險，通過積極扶持中小企業，不斷壯大產業隊伍，逐步完善供應鏈條，為歐洲衛星通信產業的可持續發展奠定了堅實的基礎。

以市場需求為導向，提前規劃發展戰略

面對瞬息萬變的衛星通信市場，ARTES計劃高度重視市場需求變化，并通過戰略研究專題積極支持市場研究項目，將研究結果作為調整產業整體發展戰略和重點研究方向的重要輸入。

ARTES計劃創新產品孵化流程

以通信衛星平臺領域為例：一方面，針對新興的超大型、超高功率衛星和日趨穩定的小型衛星需求，通過研制“阿爾法平臺”和“小型地球靜止軌道”平臺，填補歐洲在超大型平臺和小型平臺制造領域的空白；另一方面，面對現有平臺將在2020年前逐漸喪失市場競爭力的事實，提前研發“新衛星”下一代主流平臺，搶占未來市場競爭先機。

結合技術成熟度等級，加快新產品孵化進程

ARTES計劃緊密結合技術成熟度等級（TRL），通過戰略研究、技術研發和產品研制等專題，組成衛星通信產品孵化框架，著力推進創新產品研制及商業化進程。

這些專題對應的技術成熟度等級依次上升，可通過相互銜接，全程支持一款產品，從提出初始概念（TRL1）到完成地面鑒定（TRL 6）的研制過程，從而將歐洲衛星通信產業的研發活動直接轉化為商業產品，并可為ARTES計劃的任務/系統性專題提供必要的技術支持與產品保障。

通過各種有效途徑，爭取首飛驗證機遇

ARTES計劃積極嘗試通過公私合營、搭載有效載荷及新設立的“阿特拉斯”子專題等途徑，為各類創新產品爭取首次飛行驗證機遇，不僅解決了部分產品因未經過飛行驗證而難以進入市場的產業難題，也緩解了發射專用試驗星的經費壓力。

“阿爾法平臺”、“小型地球靜止軌道”和“新衛星”等平臺研制專題均設立了用于部署首飛驗證衛星的子專題。同時，ARTES計劃下發展的衛星也為新型有效載荷等產品提供了難得的首飛驗證機遇：“阿爾法衛星”為歐洲航天局和德國航空航天中心（DLR）搭載了4個技術驗證有效載荷（TDP），歐洲數據中繼衛星－C也將搭載1個新型輻射監測器。

緊密聯系最終用戶，促進應用服務發展

引導最終用戶直接參與項目實施是ARTES計劃的綜合應用項目取得成功的關鍵。以用戶為驅動的運行模式不僅為每個項目明確了市場需求，同時也保證了項目的應用前景。通過與用戶的緊密合作，歐洲航天局商業任務的資金來源更加豐富，項目承擔企業也獲得了第一手的用戶需求信息，為其開發相關應用服務提供了重要的參考。

此外，ARTES計劃還通過“衛星通信運營商倡議”，幫助不熟悉衛星通信的用戶尋找滿足其需求的衛星通信解決方案。目前，歐洲航天局已與SES公司和英國阿萬蒂（Avanti）公司等運營商簽訂相關合作協議，為ARTES計劃支持的應用服務項目團隊提供免費或低價的衛星容量和其他相關信息支持。