关注航天技术与人类生活聚焦航天收入与政府投入<br/>——2015年《航天报告》摘编

关注航天技术与人类生活聚焦航天收入与政府投入
——2015年《航天报告》摘编

2015-07-05廖春发,张曼倩

卫星应用 2015年9期

关注航天技术与人类生活聚焦航天收入与政府投入
——2015年《航天报告》摘编

2015年7月，美国航天基金会发布最新版《航天报告》。该报告全文共85页，详细介绍了2014年全球航天产品与服务、航天经济、航天基础设施和航天人力资源的最新进展。本文摘编了该报告中与卫星应用有关的部分。

过去10多年，美国航天基金会研究团队长期跟踪和分析全球航天产业、政府投资航天的政策及其优先领域，以及影响各国航天活动的趋势。每年发布的《航天报告》都聚焦读者最感兴趣的热点。从2015年起，美国航天基金会将向感兴趣的用户提供在线服务，获取所有《航天报告》的研究成果及其该报告从未提供的各种新数据。

一、航天产品与服务

从防火内衣设计、神经外科手术臂到卫星搜救和预报各种自然灾害，航天技术的每一个进步都与改善大众的日常生活息息相关。航天产品和服务已经或正在解决人类日常生活中面临的难题。

1.航天产品和服务拯救人的生命

2014年入选航天基金会“航天技术年度名人堂”的航天产品与服务只有两项。一是全球卫星搜救系统（COSPAS—SARSAT），二是神经外科手术臂（NeuroArm），它们均被用于以不同方式拯救人的生命。

无论你是在深山徒步旅游、滑雪，或是在大海中航行，一种名叫全球卫星搜救系统的航天技术都会在你遇到灾难时及时拯救你的生命。该系统最早是在1979年由美国、加拿大、法国和苏联联合组建，现已成为天基搜索救援系统和国际组织。该系统于1985年投入运行，目前参加该国际机构的成员已增至43个，并在11颗低轨道（LEO）和静止轨道（GEO）卫星上搭载了搜救载荷，用于在全球搜索遇难者发出的呼救信标。分布在全球的31个任务控制中心（MCC）一旦探测到这种信标便会迅速派遣救援队前往出事地点营救。据统计，迄今全球共收到15亿个呼救信标，按此比例预计到2020年会再增加11亿个信标。截至2012年该搜救系统在接近10000次搜救行动中已成功营救35000人。

图1 全球卫星搜救系统（COSPAS—SARSAT）模拟实验（来源：NASA）

加拿大和美国研制开发用于帮助航天员在外太空维修操作的机械臂技术现已用于地球上帮助神经外科医生在内太空进行神经外科手术。这种名叫神经外科手术臂的设备就是从国际空间站所用机械臂技术移植过来的，它是一种用于微创手术的机器人手臂。神经外科手术臂借助阿波罗登月技术转移的核磁共振成像（MRI）的遥控指导，进行非常精细的手术过程。当神经外科医生在手术室邻近的操控室里操纵手术臂成功完成第一组手术程序后，手术臂会根据MRI仪器提供的更高清晰度图像继续进行更精细的修正。这种更精确的升级版手术臂就是正在研发的第二代神经外科手术臂（NeuroArm II），它将有助于减少手术中可能出现的错误，给病人康复提供最好机会。

图2 机械臂技术用于神经外科手术

2.航天技术改变你的旅游和生活方式

卫星导航、智能手机及其应用软件的融合正在深刻改变人类的出行和生活方式。对于那些想跨越全欧洲旅游的自驾或个性化旅游者来说，这种技术提供了自助导游服务。应用软件开发商，如纬度N软件，就是将卫星导航技术与制图软件、图像和旅游（地理）内容相结合，为旅游者提供个性化旅游体验。另一款名叫Farol城市指南的旅游软件，利用卫星定位技术快速显示旅游者周围的各种遗址、建筑物、咖啡店和重要旅游景点，使外地旅游者能像本地人一样在任何城市自助旅游。

卫星导航技术与在线地图的相互融合，促进了网上购物和物流快递业的快速发展。在许多城市，消费者从网上商店订购物品，通常都能在当天或两天内快递到户。快递公司的软件采用卫星导航及其跟踪技术允许客户实时追踪包裹的位置，同时快递公司也能监视该包裹的实时状态。智能手机软件内的卫星导航定位功能为客户提供了实时跟踪包裹运送的进程。当天快递上门的服务也采用了相同的追踪技术，以便将包裹快速分捡到距客户最近的快递员手里。

图3 卫星导航定位应用于物流快递

过去大众消费者要想得到高分辨率商业卫星图像是几乎不可能的，因为它需要安全部门的严格审批。如今这种高分辨率卫星图像不仅容易获取，而且价格不贵。美国有一些公司（如轨道逻辑公司）将其开发的应用软件放在智能手机内，供大众下载，从而使普通大众获取卫星图像的难题变成现实。这种叫做SkyMeSat的应用软件，于2013年底对外发布。假如你想获得中国西昌航天发射场的过顶卫星图像，或是想获取世界任何地方的图像，只需在你的智能手机的触摸屏上用手指轻轻触点你所想要的目标区，你就能订购该目标区0.3m分辨率的卫星图像。这种高分卫星图像的售价决非以前政府所要付出的几百万美元，而是只需按每平方千米20美元的低价售给个人。地球表面上几乎所有地区的高分辨率卫星图像都可通过上述软件的订购方式发送到你的手机上。

3.航天技术改善能源、资源和环境管理

2014年8月，美国加州纳帕谷发生6.0级地震后，欧洲航天局、美国地质勘探局和谷歌等机构都及时提供了震区受灾情况的卫星图像。美国地质勘探局提供的卫星图像经谷歌处理后发表在“谷歌地球”上的产品显示了纳帕市区建筑物损毁的情况。这些可见光图像只能显示损毁建筑物的外观，但欧洲哨兵-1A卫星合成孔径雷达拍摄的震前震后对比图像却更深层地揭示地表以下的灾情。该卫星每12天飞越灾区一次，自动记录了特定地区的地形变化，显示了同一地点两次观测出现的地面变形，并绘制出震前震后干涉图。

利用卫星探矿已有很长历史。但这项技术被一家新组建的Terra回收公司用来寻找垃圾填埋场，真可谓是一种惊人的创新应用。该公司首先利用卫星遥感图像在英国和北美地区寻找富含足够铝金属或稀有贵重金属材料的垃圾填埋场，然后再用无人机低空详查测定其准确位置。若用传统方法寻找可能富含金属的填埋场，通常需要钻探许多25m深的洞提取其钻探样品才能识别。在英国，大约有25000个垃圾填埋场，每次钻探采样需花费2000美元，如果没有卫星图像帮助寻找填埋场而是采用钻探取样这种“大海捞针”的方式，不仅耗费金钱，还不能快速找到具有开采价值的垃圾填埋场。因此采样卫星遥感技术寻找垃圾填埋场是一种既省钱又高效的“探矿”方式。

4.媒体与航天互动的典型案例

社交媒体和航天公关部门共同努力，在每次重大航天发射活动或探月和火星探测期间开展各种航天科普宣传运动，对吸引大众参与航天，激发青少年热爱航天，探索宇宙奥秘具有重大意义。印度、中国和美国在探测火星和月球的重大时刻，新闻媒体和社交网络与航天部门公关人员互动，都有许多成功案例。尤其是马航MH370航班失联初期，不仅有许多国家发布卫星照片协助搜救行动，而且还有美国数字地球公司在其网站上公布MH370可能途径的高分卫星照片，让全世界志愿者从照片上寻找马航的蛛丝马迹。这是媒体与航天公司互动的典型案例。

二、全球商业航天收入与政府航天投入

2014年全球航天活动继续保持稳定增长趋势。商业航天收入加上各国政府航天预算投入总计3300亿美元，比2013年增长9%。图4显示了2014年全球航天经济活动中商业航天收入和政府预算投入所占的比例。表1显示出了2005～2014年10年间全球商业航天收入与政府航天投入历年的增长变化。

图4 2014全球商业航天收入与政府航天投入

表1 2005～2014年全球商业航天收入与政府航天投入的增长变化亿美元

从图4可以看出，2014年商业航天基础设施及其支持产业（包括航天器制造、在轨平台、地面设备、以及发射服务、独立研发和保险）收入高达1276.5亿美元（不含政府航天基础设施的开支），比2013年的1084.8亿美元增长了17.7%，成为2014年增长的最大贡献者。其中驱动这一增长的主要动力是全球导航卫星系统（GNSS）接收设备销售收入。而商业航天产品和服务的收入却只有2.4%的微增长，即从2013年的1202.5亿美元增长至1231.8亿美元，表2显示出了2014年商业航天基础设施及其支持产业各部分收入详情。

表2 2014年商业航天基础设施及其支持产业收入亿美元

2014年全球各国政府航天投入共计791.7亿美元，比上年增长7%。政府航天投入占2014年全球航天经济收入的25%。其中美国政府的航天投入为429.6亿美元，比2013年的417.5亿美元仅增长2.9%。其余各国政府在2014年的航天投入达到362.1亿美元，比上年增长12.9%。

（1）发射服务业

2014年全世界共进行了92次航天发射，其中成功入轨90次，23次发射为商业载荷，其余69次发射为政府的军民用载荷。欧洲航天产业协会（Eurospace）估计，2014年全球发射服务业市场价值为81亿美元，比2013年的67.6亿美元增长20%。在价值81亿美元市场中，商业发射收入约23.9亿美元，国际空间站发射服务支出13.7亿美元，政府民用发射支出18.7亿美元，军用发射支出24.7亿美元。若按轨道划分，静止轨道（GEO）发射支出32.8亿美元，低轨道（LEO）发射支出32.9亿美元，其余轨道发射支出15.3亿美元。

（2）航天器制造业

在2014年的92次航天发射中，共将296个航天器送入不同轨道，其中有135颗重量不足10kg的纳卫星。这类微小卫星发射数量的迅猛增长是与近几年美国立方体卫星的大量普及有关。

除了135颗纳卫星外，另外的161个航天器分别执行不同的任务：50颗为通信卫星，15颗为导航卫星，36颗为地球观测和气象卫星，11颗为科学卫星，19颗为技术试验和在轨验证卫星，10颗为军用情报卫星，14次发射为国际空间站服务，余下6次为其他任务。

据欧洲航天产业协会估计，2014年航天器制造业市场价值为293.4亿美元，比2013年的339.6亿美元减少13.6%。减少的主要原因是美国高价值军用卫星发射数量锐减。图5和图6分别显示了2012-2014年间航天器制造业按军民商种类和按国别表示的市场价值。

图5 2012-2014年航天器制造业市场价值（按军、民、商、载人航天分类）

图6 2012-2014 年航天器制造业市场价值（按国家统计分析）

（3）国际空间站

国际空间站的伙伴国已同意继续支持空间站的成员轮换和货物补给直到2020年，而美国却打算延长国际空间站至少到2024年。2014财年NASA用于运营国际空间站的总投入为29亿美元。在过去的14年期间，各伙伴国用于建造国际空间站的总投入达到1000亿美元，其中利用运载火箭和航天飞机进行了100多次运输和组装才完成国际空间站的建造。

2014年美、俄、欧共进行了14次与载人航天有关的载人载货任务，其中10次载货，4次载人。

（4）地面站和终端设备制造业

地面站和终端设备制造业包括航天操作中心、通信网络、遥操作终端和跟踪站，以及卫星电话、卫星电视接收机和移动电话内的导航芯片等。

2014年地面站和终端设备制造业全球市场的销售收入达到1196亿美元，比2013年增长18%。它也是商业航天基础设施和支持产业这部分收入的最大贡献者，约占其市场总值的94%。而在地面站和终端设备的1196亿美元总收入中，2014年卫星导航设备的收入又占其总收入的76%，达到913.3亿美元，其余占第二位的终端设备收入，如卫星电视、卫星电话、卫星宽带等在2014年亦有较大增长，达到179亿美元，比上年增长了23亿美元。

2.商业航天产品和服务收入

2014年全球商业航天产品和服务收入增长趋缓，仅增长2.4%，达到1231.8亿美元。其中卫视直播（DTH）收入占77%，达到950亿美元，卫星通信（包括固定和移动）收入217亿美元，卫星无线广播41.8亿美元，地球观测收入23亿美元。

卫星导航产品和服务的收入虽未包含在这一部分内，

但已包含在上述商业航天基础设施及其支持产业的地面站与终端设备收入中（见表2）。据欧盟GNSS监管局（GSA）最新发布的报告估计，2014年卫星导航定位授时（PNT）产业核心市场收入呈现迅猛增长势头，从2013年的756亿美元猛增到2014年的913亿美元。其中2014年全世界共有30多亿部智能手机和其他移动装置内融入了卫星导航芯片，另有36亿个行业应用的PNT芯片安装在交通、勘测和农业等领域的设备中。在增强系统的支持下，其位置服务的定位精度达到0.3m。欧盟GNSS监管局预测，到2019年，全球具有卫星导航定位功能的移动设备将会超过70亿部，其主要的增长地区在亚太。

3.政府航天投入

2014年世界各航天国家在航天领域的投入增长了7%，达到791.7亿美元。其中美国的航天投入占全球总投入的54%。

表3显示了美国国家安全航天投入的具体项目（不含保密的航天项目）。

表4显示了除美、俄、中等航天大国外，选择的10个国家的航天投入与GDP的比例。由此得出2014年全球平均的航天投入与GDP比例为0.041%。