顛覆式創新下衛星制造巨頭謀轉型

+ Tereza Pultarova《Via Satellite》/文 沈永言（中國衛通 ）/譯

由于運營商對于即將到來的巨型星座如何改變衛星通信世界還無法作出清晰的判斷，衛星制造業現在可能正處于進退兩難的迷茫之中。然而，對于制造商而言，等待并不是一個好的選擇，因為無論他們生產什么，都需要做好滿足客戶需求不斷增長的準備。

總部位于德國不萊梅的衛星制造商OHB的首席運營官兼董事會成員Andreas Lindenthal表示，客戶的要求總是“更好、更便宜、更快”。“對于我們的一些客戶，主要是通信運營商，其市場壓力已經大大增加。因此，他們并不只是尋求這一領域的漸進式改進，而是正在尋找顛覆式創新。”

然而，這種顛覆式創新究竟是什么，目前還不能確定。除了高速技術開發，迫使運營商重新考慮基于大型長壽命GEO衛星的傳統方法之外，經濟環境的不斷變化，使商業模式不再像以前那樣清晰和穩定。運營商需要能夠快速響應，因而要求衛星交付速度比十年前更快。“衛星運營商告訴我們，他們已經沒有15年、20年長期穩定不變的衛星運行商業案例了。”Lindenthal說，“他們受到來自客戶的壓力，要求他們提高衛星的靈活性，因此，他們希望采購更靈活的衛星。”

2018年，全球僅有11個（或7個）GEO衛星訂單，延續了該行業近年來不斷下滑的趨勢。雖然制造商認為GEO衛星訂單在未來可能會有所回升，因為企業需要訂購老化星隊的替代品，但很顯然，GEO衛星訂單不再像過去那樣具有衛星制造業健康狀況指標的意義。“訂單不多，而人們正在等著看星座的表現會是什么樣。”空中客車衛星裝配集成和測試負責人Aidan Joy說。“現在整個市場處于分析不同商業模式的狀態。但無論是星座、大型GEO，還是中型GEO，我們都會看到這些不同的商業模式趨于成熟，作為制造商，我們需要能夠做出回應。”

無論未來的發展方向如何，制造商都認為，提供更具成本效益的解決方案、更短的交付周期和更高的靈活性的驅動力仍然存在。根據制造商的說法，實現目標的方法很多，但沒有一種萬能的解決方案。

OneWeb序幕的拉開

空中客車公司處于衛星制造革命的最前沿，它的兩條生產線位于圖盧茲和佛羅里達州，生產OneWeb星座的600顆LEO衛星。第一批衛星已于近期在法屬圭亞那的歐洲太空港發射。按照空中客車防務與航天公司電信衛星負責人Arnaud de Rosnay的說法，這標志著OneWeb序幕的拉開。“三年前，我們從一張白紙開始。”de Rosnay說。“我們必須做所有事情——設計、建立供應鏈、在圖盧茲和佛羅里達州建造工廠以及生產硬件。”

作為世界領先的航天器制造商之一，進入衛星制造業的空客公司發現自己處于一個相當陌生的領域。空客公司的產品組合可能包括深空探測和一些世界上最復雜的GEO電信衛星的宏大任務。然而，因為有了OneWeb，該公司不得不從長達數年的原型或半原型生產轉向每天生產兩顆衛星，同時保持最高水平的可靠性和質量。“在我們原有的設施中，每年可能制造十到二十顆衛星。”de Rosnay說。“現在我們正在談論數以千計的產量，必須能夠非常快速地生產大量的相同衛星，這是一個規模的徹底變化。”

全自動化并非前進方向

空中客車已經汲取了許多教訓。該公司意識到完全自動化——例如用于制造汽車或飛機——并不是正確的前進方向。“我們并沒有大量使用自動化。”de Rosnay說。“我們有一些機器人和合作機器人，但并沒有達到汽車等行業的自動化水平。原因是，雖然對于衛星制造而言，數以千計的衛星可能相當多，但與汽車或移動電話相比，其體量仍然相對較小。”他說。當然，數字智能工具可以幫助人類操作員更有效地工作，并確保每一個螺絲都能按需擰緊。

“每件設備都有一個條形碼，用于裝配設備的工具同樣也有一個條形碼，你可以掃描兩個條形碼，工具知道應該在每個螺栓上施加什么級別的扭矩。”de Rosnay說道，“一旦完成，數據就會被記錄，并通過3D掃描進行驗證。所有這些確實為硬件組裝增加了價值，并消除了異常風險，因為我們必須更快生產，但仍能保持高的質量水平。”

協作方法

OneWeb衛星生產線落地的最大挑戰之一是建立供應鏈，以滿足制造星座所需的體量。與空中客車本身類似，過去的供應商只需要為少數幾顆衛星生產零件。因此，空客不得不經常與各種全新的供應商合作，而這些供應商之前不具備提供太空級硬件的經驗。“對于供應鏈，我們有一個完整的協作環境。”de Rosnay說。“我們的供應商變成合作伙伴，我們與他們進行了大量的協作工程，這種合作方式正在改變我們在太空領域工作的方式。”

de Rosnay表示，能夠使用更多商業低成本零件，而不是單個訂做的零件，有助于降低成本，縮短交付周期。他補充說，空客公司正在從非核心業務領域的OneWeb衛星制造訓練中汲取經驗教訓，以實現更高的效率。

設計新太空系統的工程師和制造經理之間更好的合作和溝通是美國太空巨頭洛克希德·馬丁公司用來縮短交貨時間和削減成本的策略之一。“這是為了確保我們的工程師設計出的產品能夠高效生產。”該公司的發言人Mark Lewis說。“如果沒有技術人員按照設計制造團隊使用工具的參數進行設計，就會產生障礙，速度就會打折扣。”

OHB的Lindenthal強調了增加供應商和系統集成商之間信息交流的重要性，以便以最有效的方式應對客戶日益增長的期望。

根據Joy的觀點，合作和溝通的需求也延伸到了客戶身上。只有理解客戶的需求，才能找到合適的解決方案。

備貨軟件定義衛星 縮短交貨期

根據Lindenthal的說法，并非所有未來星座都需要數百或數千顆衛星。對許多運營商來說，由數十個航天器組成的較小MEO或LEO星座可能是一種更經濟可行的解決方案。因此，與空客公司用于OneWeb的系統相比，這種系統的制造需要截然不同的方法。

滿足在較短時間內向客戶提供衛星需求的一種方法是制造具有可編程有效載荷的靈活衛星，并將其保存在庫存中，以供客戶隨時購買。這種方法雖然存在經濟風險，但可以讓運營商在訂購后的兩個月內發射新衛星。“我們可以根據衛星平臺和有效載荷生產完全靈活的衛星。”Lindenthal說，“一旦客戶知道任務的規格，我們就會構建軟件。軟件定義有效載荷可以很快適應。”

根據Lindenthal的說法，提供全新有效載荷的衛星需要長達三年的時間。借助靈活的軟件定義有效載荷，任務可在幾個月內完成。此外，即使衛星在軌道上，操作員也可以隨時重新編程有效載荷，以適應不斷變化的需求。衛星平臺本身將支持靈活性，提供進入軌道后改變位置和重新定位的能力。“也許，針對特定應用進行三到五年的衛星操作之后，你可以重新配置同一顆衛星，開始新的任務。”Lindenthal說，“你不需要推出一個新的（衛星），有了靈活有效載荷和有源天線，以后可在軌重新配置。”

標準化

空中客車公司的Aiden Joy認為，靈活有效載荷是未來GEO任務的關鍵，為客戶提供長期使用資產，并同時具有改變任務規范的能力。“目前，運營商正處于一個決策階段，以考慮關于他們的最佳解決方案是什么。”Joy說，“一般來說，一旦你啟動了一項功能，顯然，它的壽命越長，性價比就越高。如果可以用可變的有效載荷之類的靈活方式，就可以延長使用壽命，并可能將其用于不同的任務。”空中客車公司希望將大型GEO衛星的交付周期從3年減少到18個月。Joy表示，實現這一目標的方法是進一步提高航天器的標準化和模塊化程度。

空中客車公司即將推出的歐洲之星新Neo GEO總線不僅可以定制，而且還可以模塊化，因此，任務可以根據需求按比例設定。

通過實施增材制造、數字化、利用大數據優化設計和制造等新的制造技術，可以進一步提高設計水平。雖然沒有人知道市場最終決定往哪個方向發展，但未來對靈活性的需求可能不僅適用于衛星和有效載荷，也適用于衛星制造本身。

“我們需要隨時準備應對市場的變化。”Joy說，“我們的系統需要有靈活性，以便能夠滿足任何市場所需。未來，我們可能會建造大量GEO衛星，然后可能需要轉向星座。”

衛星制造業正在明顯發生變化。但它未來究竟會走向何方，只有時間能給出答案。

3D打印 衛星制造革命的推動者

美國衛星制造商洛克希德·馬丁公司肩負將交付周期和衛星制造成本削減50%的任務。該公司實現這一目標的關鍵工具之一是增材制造或稱為3D打印。雖然航天產業對于這種顛覆性技術的接受相當緩慢，但洛克希德增材制造經理Brian Kaplun表示，在過去幾年，該技術取得了一些重大進展，現在已成為業界主流。

洛克希德公司的第一個3D打印部件是NASA于2011年發射的朱諾號任務中使用的一個支架。從那時起，該公司的3D打印部件目錄已大幅擴展，其最新成果是用于衛星高壓油箱的兩個大型鈦合金圓頂。這兩個圓頂高46英寸（117厘米），是洛克希德·馬丁公司為太空應用創造的最大的3D打印結構。“我們能夠額外生產熱結構，現在也可以一次性建造小型衛星的整個總線結構，還可以將電子設備整合到我們的設計中，然后將它們構建成一個內聚單元。”Kaplun告訴《Via Satellite》，“我們還為一系列商業和政府客戶額外生產了推進劑儲罐。”

過去可能花費數年時間才能制作完成的部件，現在數月或數周內就可以通過3D打印制造完成。例如，使用傳統鍛造技術的推進劑儲罐的供貨時間為一年半到兩年。Kaplun說，“通過增材制造技術，我們在兩周內生產出了與之相當的鍛件產品。”

Kaplun說，增材制造使得洛克希德·馬丁公司能夠為傳統上需要很長時間才能制造或為傳統制造定制工具的部件制作預成型。得益于該技術，該公司還可以用更快的速度試驗新材料。“3D打印可以實現更快速的轉變。”Kaplun說，“我們可以向客戶提供測試產品，并進行材料分析，對于我們的材料科學來說，這確實是一項可行的技術。”

從鈦或鋁等金屬到摻有靜電和電特性添加物的聚合物，洛克希德·馬丁公司的工程師用來制造衛星部件的材料范圍正在擴大。最近，該公司開發了一種可打印的銅材料，可直接將天線打印到結構上。

2018年4月，洛克希德宣布與Stratasys合作，為獵戶座飛船定制3D打印部件，該飛船將于本世紀20年代初載人登月。SATNET