從光啟科學“云端”號試飛看臨近空間市場開發

唐塞麗蔡聞一史曉寧劉杰平

從光啟科學“云端”號試飛看臨近空間市場開發

唐塞麗蔡聞一史曉寧劉杰平

北京時間2015年2月6日，深圳光啟科學有限公司（簡稱“光啟科學”）研制的浮空器——“云端”號（Cloud）成功試飛，并完成了相關商用測試任務——在4000m高空向8000km2面積范圍提供了Wi-Fi信號。

“云端”號浮空器試飛情況概述

“云端”號浮空器的試飛和商用測試主要包括Wi-Fi通信覆蓋、對地監測和海事大數據獲取等任務，3項核心功能的實際測試均達到了預期效果。其中，高速的Wi-Fi通信傳輸達到了108Mbps的高吞吐量，在距離中心點40km以外的地方，Wi-Fi通信實測吞吐量仍然達到26Mbps，并達到了信息覆蓋8000km2面積的預期（相當于深圳與香港地區面積之和的2倍多）。

“云端”號是一個動態可調的銀色浮空器，長48m、高20m，體積達數千立方米，依靠氦氣浮力上升，集通信、互聯網接入、大數據收集與分析等功能于一體，具有載荷大、覆蓋廣等特點，可作為實現Wi-Fi無線網絡廣域覆蓋的空中基站平臺，提供全新的大數據與信息服務。“云端”號浮空器通過1根復合光纜繩與地面連接，實現超大規模數據的傳輸，主要工作高度范圍為4000m～5000m的高空區域，通過裝載在飛艇下方吊艙內的網絡基站裝置，為特定區域提供Wi-Fi通信服務，信號覆蓋范圍約8000km2，超越現有Wi-Fi技術的覆蓋面積。

此次試飛，“云端”號浮空器搭載了高空對地監控監測設備，具備了廣角1080p高清影像拍攝功能，實時獲取了深圳周邊半徑200多千米海域內，包括我國、韓國、阿爾巴尼亞、白俄羅斯、馬來西亞、丹麥、美國、塞浦路斯、利比里亞、馬紹爾群島、凱爾蓋朗群島等28個國家和地區的2103艘海上船舶的船號、船籍、經緯度、航向和航速等海事信息。相比傳統平臺，“云端”號浮空器的海域監控面積增加了約9倍。

▲ 光啟科學研制的“云端”號浮空器

光啟科學概況

自2010年7月13日成立以來，光啟科學開展了以Meta-RF電磁調制技術、超材料技術、智能光子技術、臨近空間技術等為代表的系列前沿技術研究，著力開發從低空空域到臨近空間的飛行器或駐空平臺，打造空間服務全產業鏈。目前，光啟科學的業務領域涉及航空航天工業、臨近空間探索、互聯網金融和智慧城市等方面。2014年9月，光啟科學借殼英發國際有限公司在香港上市。

2014年12月22日，光啟科學的阿波羅基地正式啟用。該基地是以新材料技術為核心支撐的產業園區，位于深圳市龍崗區，將成為我國重要的新型空間飛行平臺測試和組裝基地。阿波羅基地由放飛基地和“1號空間庫”等2部分組成。其中，“1號空間庫”長124m、寬84m、高42m，占地面積超過10000m2，是目前國內最高、華南地區最大的充氣膜結構建筑，內部展示了光啟科學研制的一系列新型空間飛行平臺的研發和測試設備。

▲ 光啟科學的阿波羅基地

光啟科學空間服務產業鏈

1. 通訊信息服務

2014年9月，光啟科學在深圳會展中心與鵬欣環球資源股份有限公司（簡稱“鵬欣資源”）簽署《空間技術咨詢服務合同》與《空間服務運營合作協議》，合作項目包括“云端”號中高空浮空器和“旅行者”號臨近空間飛行器，計劃提供通信覆蓋和大數據收集、數據推送等通訊信息服務。同年11月，光啟科學、鵬欣資源與剛果民主共和國（亦稱“剛果（金））簽訂了三方戰略合作協議，將投資10億美元，利用顛覆性空間技術及相關創新技術解決方案，在剛果（金）開展互聯網接入、礦產勘探開發、救災、森林保護，以及通信廣播等應用服務業務。

2. 太空旅游服務

2014年10月，光啟科學與上海宇航系統工程研究所簽訂了為期5年的全面戰略合作協議，以成立股份公司的方式，共同開發和推廣載人航天太空艙、空間載人系統及飛行平臺等產品。雙方還將在應用解決方案研究方面開展合作，包括空間先進結構材料、臨近空間載人平臺、近地軌道運輸器，以及深空探測軌道運輸器等領域。此外，光啟科學還將與鵬欣資源合作研發載人版的“旅行者”號，共同開發商業太空旅游服務。

3. 空對地監控觀測服務

“旅行者”號除可提供通訊信息服務及太空旅游服務外，還可通過長時間的環球旅行，提供全方位的臨近空間地球觀測服務，收集氣象、地質、海洋、航空等觀測數據。

光啟科學、新西蘭航空有限公司及鵬欣資源2014年11月簽訂了三方合作備忘錄，并于2015年6月在新西蘭成功放飛“旅行者”號。光啟科學負責提供所放飛的臨近空間飛行器及所有配備技術和人力；新西蘭航空有限公司將協助光啟科學取得在新西蘭領空放飛臨近空間飛行器的空域許可證；鵬欣資源將免費提供放飛場地，并協助光啟科學向有關部門申請獲得所有臨近空間飛行器的放飛許可。

4. 個人噴氣飛行器服務

2014年12月，光啟科學與專業個人飛行器生產商——馬丁飛行噴射包（Martin Jetpack）公司簽訂投資并購協議，計劃通過收購已有股份、認購新股和可換股證券等方式，持有對方52%的股份，實現對該公司的控股。馬丁飛行噴射包公司研制的飛行噴射包是世界首款商業化、實用化的飛行噴射包，有載人和無人駕駛兩大類產品。載人型又分為專業版和個人版。專業版的目標客戶是快速反應部門，個人版則主要用作個人休閑產品。無人型名為“天鉤”，可用于重型運輸、農業和航拍等領域。首批專業版飛行噴射包計劃于2016年交付應急部門客戶使用，單臺售價超過20萬美元；無人版也將于2016年開售；個人版計劃于2017年上市銷售。

5. 零燃料空中物流服務

2015年4月，光啟科學與加拿大太陽能方舟公司簽訂投資協議和期權協議，將逐步實現對該公司的控股，拓展空中廉價物流業務領域。加拿大太陽能方舟公司的主要業務是設計和制造混合動力貨運飛行器，即太陽能方舟。該飛行器采用空氣動力學原理及浮力氣體飛行，其翼形及大型表面積的設計可充分利用太陽能發電作為飛行動力，是真正的無燃料飛行器。目前，該飛行器主要應用在加拿大北部地區及非洲偏遠地區。光啟科學計劃將其引入我國市場，以此為載體提供極低成本的航空貨運服務。

光啟科學主要業務與國外項目對比分析

1.“云端”號與“谷歌氣球”

目前，美國谷歌公司正在實施熱氣球Wi-Fi無線網絡服務項目——“谷歌氣球”。該項目旨在為偏遠地區用戶提供無線上網服務，其原理是利用谷歌公司目前公開獲取的大氣數據，對放飛熱氣球的高度進行上升或下降控制，以便捕捉不同高度的氣流，從而進行精確的移動和定位，即使某幾個熱氣球在氣流作用下發生移動，但通過總體數量和位置調整，仍可保證熱氣球在某一區域上空的均勻和穩定分布。谷歌公司的最終目標是利用大批量的熱氣球，組建一個由太陽能供電的熱氣球網絡，在距離地面20km的高空從東至西均勻分布，為區域內的地面用戶提供Wi-Fi無線網絡服務。

光啟科學在臨近空間領域的核心技術在于新材料，超材料設計是該公司的優勢技術之一。如何保持氦氣球囊體材料的長時間駐空，并讓氦氣盡可能地減少外泄是其中最為關鍵的技術。“云端”號浮空器的成功試飛和商用測試，證明了相關技術的可行性。未來，“云端”號浮空器可作為電信基礎設施的一部分，與其它平臺和網絡相結合，提供全方位、多層次的通信服務業務，為港口提供跨時代的近海船舶監控、管理和運營服務，為人煙稀少的地區或對投資敏感的地區提供無線上網和數據推送等服務。

2. 太空旅游業務

英國維珍銀河（V i r g i n Galactic）公司是目前世界上主要的太空旅游服務開發商，推出了亞軌道飛行項目。其太空船一號于2003 年5月20日首次飛行，并于2004年10月4日退役。太空船二號于2009 年12月首次推出，是目前主要的產品。該項目利用大型飛機攜帶太空船二號進行空中發射，將太空船運到約100km的亞軌道。從火箭發動機關閉到太空船再入大氣層，乘客會經歷約5min的零重力狀態，之后太空船將以滑翔方式返回地球，從起飛到著陸共歷時約2.5h。

與維珍銀河公司利用火箭發射技術的載人航天旅游不同，光啟科學將“安全、舒適”作為賣點，其臨近空間載人計劃是一段類似纜車觀光的舒適享受。載人版“旅行者”號是光啟科學正在實施的太空旅游服務的核心項目，其采用氦氣球升空方式，乘客將在“旅行者”號氣囊下懸掛的設施齊全的太空艙里，用大約1h平穩地升到臨近空間，再伴隨“旅行者”號游覽2h，最后用約2h的時間平穩地返回地面。光啟科學計劃在2015年進行動物實驗，并計劃于同年開始銷售載人太空旅游的門票。

思考與啟示

1. 臨近空間具有巨大的軍民兩用價值，市場開發前景廣闊

臨近空間是指海拔20km～100km的空域，這部分空域空氣密度比較稀薄，目前絕大部分的固定翼飛機無法到達此高度，處于臨近空間的飛行器受到攻擊的可能性較低，而這部分空間的高度遠低于一般衛星飛行高度，為情報偵察、收集和通訊提供了有利條件，在軍事和商業領域均具有巨大的潛在價值。目前，高速、輕負荷的臨近空間飛行器發展相對成熟，但由于技術壁壘及成本原因，低速氣球至今尚未實現大規模商業化應用。“云端”號、“旅行者”號等中高空和臨近空間通訊信息平臺擁有超強的Wi-Fi覆蓋能力，若能夠成功商用，可提供價格較為低廉的數據傳送服務，將顛覆傳統通信行業運營商的3G和4G數據傳送服務方式，具有廣闊的市場前景。此外，臨近空間商業太空旅游也是一片待開發的空白市場。航天企業可依托已有的航天技術，注重軍用臨近空間飛行器技術向民用市場的轉化，尤其是蒙皮技術、能源系統、動力系統、懸停技術、控制技術等關鍵技術的轉化，搶占臨近空間商業化服務產業鏈的制高點，拓展新興產業，助力軍民融合深度發展。

2. 臨近空間領域開拓存在一定風險，商業化發展面臨挑戰

“云端”號、“旅行者”號等浮空器利用氦氣的浮力升空，無需依賴火箭發射，具有成本低、距離短、衰減小、站址少、可重復使用等優點。但由于臨近空間領域的開拓非常前沿，此類浮空器在擁有廣袤市場的同時，在技術上也存在一定的風險。高空平均氣溫較低，加上輻射、隨機風場等不利因素，對高空浮空器的總體設計提出了極高的要求，需要攻克諸多關鍵技術，包括高性能囊體材料研制技術、囊體氣動外形的設計技術、高效無污染能源利用技術、升空和回收控制技術、自適應定點控制技術、設備艙溫度自動控制技術等。此外，由于熱氣球、飛艇等飛行器有可能對飛機的飛行航線造成影響，我國法律規定，任何單位必須先向中國民用航空局空中交通管理局申報，經空域審批后才能進行飛行，否則屬于非法行為。出于安全考慮，“云端”號等浮空器若要飛臨其他國家也面臨著一系列的法律監管。因此，此類浮空器更適合以地廣人稀的地域作為目標市場。

3. 建立協同創新體系，促進軍民融合產業鏈發展

光啟科學致力于在技術及資本層面構建開放式的創新平臺，整合社會優勢資源，以“自有技術+高成長市場+協同創新”的商業模式，促進空間服務產業鏈集群式發展。首先，光啟科學憑借超材料技術優勢，瞄準臨近空間商業化服務的高成長市場，巧妙地處理了技術與市場之間的匹配關系，形成了自有技術與商業化需求的有機銜接。其次，實施協同創新戰略，有效整合外部優勢資源。在技術方面，通過聯合開發和兼并收購等方式，借助外部科研機構和企業的技術優勢，彌補自身的技術短板。在資金方面，通過借殼上市吸納社會資本，為臨近空間飛行器的研發提供資金支持，與上市公

司簽訂合作協議，分散技術研發和市場開拓等方面的風險。上述做法為我國航天企業提供了可借鑒的發展思路。

我國航天企業應以創新驅動戰略為主要抓手，注重商業模式創新和多主體的協同創新體系建設。對內，整合技術、人才等資源，敏感捕捉市場需求，利用主業的技術優勢、集成優勢和品牌優勢，拓展新領域，挖掘潛在市場，加快軍民兩用技術的商業化應用。對外，創新合作模式，建立院屬單位與高校、科研院所及民營企業的合作開發機制，形成產、學、研、金融等多主體參與的開放型軍民兩用技術協同創新體系，促進產業轉型發展，加快培育一批具有自主知識產權、市場競爭力強、行業帶動效應明顯的軍民融合產業集群，推進軍民融合產業鏈發展。

ALL ABOUT

軍民融合不一樣的角度和觀點

唐塞麗，任職于中國運載火箭技術研究院研發中心，長期從事軍民融合、國有企業改革、品牌管理等方面的研究工作，參與完成了國家自然科學基金、中國航天科技集團公司等的多項課題研究。

蔡聞一，中國運載火箭技術研究院研發中心工程師，長期從事航天發展戰略研究工作，參與中國航天科技集團公司、中國運載火箭技術研究院等單位的多項課題研究。

秦 明，工程師，西安電子科技大學黨委宣傳部副部長，研究方向為信息技術發展及其傳播。