“一网”星座卫星研制情况简析
2021-10-21李博杜丹赵惠惠王韵涵
李博 杜丹 赵惠惠 王韵涵
(1 北京空间科技信息研究所 2 北京跟踪与通信技术研究所 3 中国空间技术研究院)
“一网”(OneWeb)星座是一网公司(ONEWEB)于2012年提出的低轨宽带卫星星座项目,旨在利用大规模小卫星,实现全球范围无缝宽带服务。OneWeb星座项目于2019年启动部署,目前已发射288颗卫星。2020年,由于资金链断裂,一网公司曾经历了破产重组,后终被英国政府及印度财团联合竞购,并获欧洲通信卫星公司(Eutelsat)入股,项目得以延续,卫星部署工作也重新进入高频次节奏。
1 发射部署情况
现阶段,“一网”星座计划在1200km轨道、18个轨道面上部署650颗低轨卫星,以提供第一代服务。后续计划部署总数超过6000颗的大规模星座。
截至2021年8月底,“一网”星座共计完成10次发射,累计部署288颗卫星(含首批发射的6颗试验星)。目前全部在轨、已经到达预定轨道的卫星数量为179颗,相比第一阶段全球覆盖目标所需的卫星总数,真实部署完成度达27.6%,余下的109颗卫星均处于轨道抬升、在轨测试阶段。根据正常电推进速度判断,预计需要2~3个月,当前发射的所有卫星均可到达1200km的预定轨道位置,届时星座部署完成度可达44.4%。
“一网”星座部署状态(更新至2021年8月底)
“一网”星座自2019年首批试验星部署至今,未对外公开其有卫星在轨失效情况,从目前入轨情况判断,所有卫星的轨道机动操作均无明显异常,同批次卫星基本处于相同的轨道状态,这也是该星座相比“星链”的特点和优势所在。
2 组织模式
一网公司在星座建设方面主要采用与传统制造商合资、全球分包采购的方式,多方利益捆绑,实现低成本、批量化研制。
在承包商选择方面,一网公司并未直接将星座建设工作交由一家制造商全权负责,而是交由其与空客公司(ADS)联合成立的子公司—一网卫星公司(OneWeb Satellites)负责抓总,在法国建立初期生产线进行首批10颗试验星研制。随后在美国建立量产化的卫星工厂,配置成熟的卫星生产线开展卫星研制。该卫星工厂位于美国佛罗里达州,投资8500万美元,包含6~7家从事航空航天制造的企业,具有技术人才优势。实际上,根据一网公司与佛罗里达航天公司(Space Florida)达成的协议,后者为新建的卫星制造厂投资8000万美元,佛罗里达州交通运输部还在新厂建设阶段投入1750万美元的配套资金。
“一网”项目分包研制组织关系情况(根据公布情况整理)
在研制分包方面,为了满足星座的建设进度和成本要求,一网公司建立了全球范围的供应商渠道,虽然对外公布的信息非常有限,但目前可查的合作伙伴包括美国及欧洲各国众多分系统、单机的制造商。为了保证达到预期的交付目标,一网公司的一些供应商(包括瑞士制造商Ruag Space等)透露出在佛罗里达州开设新工厂的意向,以保持与卫星组装同步的生产效率,缩短产品交付时间;另一些供应商则建立全新的生产线,或对现有设施进行改造,满足“一网”星座紧凑的进度和庞大的生产量,同时有效降低成本。
3 批产情况
2017年3月,一网卫星工厂正式动工,历时2年半建成,规模相当于两个美式足球场(约10000m),该卫星工厂利用空客在飞机制造领域“未来工厂”的理念,推进卫星研制流程创新。
卫星工厂内部配置有两条装配线和一个洁净室。由于卫星采用模块化设计,每条生产线包括太阳帆板、推进、综合电子与载荷等四个独立装配、独立测试的并行模块,且每个模块都对应一个工作站。每个工作站由制造工程师、机器人和智能装配工具组成团队,协作将每个组件按标准要求进行组装。为实现最高效率,四个站并行工作,一旦模块组装完毕,机器人将其运送到装配站进行总装,成品大致相当于洗衣机的大小。
工厂内还有一个维修中心,用于对在装配或测试过程中,因检测到问题而从装配线上取下的卫星模块进行维修。在进行维修的过程中,装配线仍可继续工作。如果出现问题的卫星模块/组件在1h内无法修复,则立即将其送回原供应商。一旦卫星完成总装并进行了初步测试,将进入测试室进行为期2天的电气和环境测试,目前有32个测试室可同时工作。最终,在确认进行了必要的测试环节且所有结果都良好的前提下,卫星即可正式交付。
总体来看,一网公司的整个卫星生产线充分利用协作机器人、智能装配工具、自动光学检测系统、大数据控制系统、自动精准耦合系统、自动导轨传送机器人、自动加热分配系统、增强现实(AR)工具以及自动测试系统等数字化、智能化手段,加速组装、集成和测试(AIT)流程。此外,该生产线具备的自动化技术、测试设备和数据采集能力,能够为工厂性能和程序改进提供分析方法,同时还能够对生产过程中出现的异常情况进行接近实时的检测并进行修正,确保可靠性。
一网公司卫星工厂内部生产线情况
从2021年的发射情况来看,在5个月的时间内(约150天),“一网”星座共计部署了144颗卫星,约合1天1星,基本符合其卫星生产线的批产预期能力。
4 特点总结
1)总体策略方面,通过资本合作方式切入研制领域,向产业上游拓展。一网公司采用与传统优势宇航制造商成立合资企业的方式来推进系统建设,通过间接资本控股纽带,形成战略投资关系,介入星座的设计、研制和生产环节,以实现对卫星性能、质量乃至供应链等有效把控,从而提升卫星的研制效率、降低卫星的研制成本,形成卫星制造和运营两手抓、高效协同配合的格局。
2)分包组织方面,集合产业链各环节优势力量,倒逼分包商降本增效。“一网”星座的规模体量庞大,发射进度要求紧迫,亟需高效的供配套体系匹配快节奏的研制部署任务。但对大部分供应商而言,必须建立全新的生产线,或是对现有设施进行改造,才能满足庞大的生产量,这也倒逼供应商优化研制流程、升级研制能力,逐步形成互利共生的关系,打造新型的卫星互联网供需生态体系。
3)研制生产方面,引入新理念、新技术,加速向批量化卫星制造迁移。一网公司的卫星工厂实现了对传统卫星生产制造的颠覆式创新,其采用面向制造的设计方法,在设计环节实现产品的可制造性,模块化的设计理念在卫星装配、测试阶段得到了充分运用;此外,采用人机协同、人工智能的新型制造技术和工具,大幅降低人为因素造成的研制问题,提升生产效率和可靠性。