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2021/12/25
商業航天，並不只是火箭及航天器的商業製造、發射和應用，作為非常重要的一個環節，商業化的測控管理逐漸被越來越多業者及資本人士所重視，並且被譽為「商業航天的最後一公里」之一（另一個「一公里」，則是發射場）。
本文通過調研國內外商業航天與商業航天測控的發展現狀，分析其發展對商業航天測控管理的有關啟示，筆者認為，商業航天發展之路上，測控管理多元化是大勢所趨，適度鼓勵商業航天測控發展勢在必行。同時，對加強航天立法、探索商業航天測控管理新模式、加強商業衛星管理服務等問題也進行了初步探討。
引言
對商業航天，目前國內外尚無統一的定義。大致可以認為，商業航天是指運用商業、市場模式來發展、運營航天項目，並按照市場規律來開展航天活動。其中，航天項目包括衛星（含飛船等航天器）服務、衛星製造、發射服務和地面設備製造，航天活動包括商業火箭製造、商業衛星製造、商業發射、商業測控和商業衛星應用。近年來，國際商業航天發展勢頭迅猛，一大批新興航天企業參與商業航天發展，業務覆蓋全航天產業鏈，給世界航天產業注入了新的發展活力。
以美國為例，湧現出一批國際知名商業航天公司，包括從事商業衛星應用的太空成像（Space Imaging）公司、軌道成像（Orbital Space Imaging，Orbimage）公司、一網（OneWeb）公司、O3b（Other 3 Billion）公司，從事商業火箭製造、商業衛星製造的美國太空探索技術公司（SpaceX）、藍色起源（Blue Origin）公司等。目前，國內商業航天剛剛起步，尚處於探索階段，也湧現了一些商業航天公司，如從事商業衛星製造、商業衛星應用的長光衛星技術有限公司、四維商遙公司，從事商業火箭製造的零壹空間科技有限公司等。
航天測控主要完成火箭、衛星跟蹤測量、遙測、遙控等任務，實現火箭飛行狀態掌握和安全控制，以及在軌衛星的軌道測量與確定、運行狀態管理、工作狀態控制、載荷數據接收與分發等，為衛星發射回收、在軌應用提供不可或缺的支撐作用。
為滿足通信衛星、資源衛星、導航衛星、海洋衛星、載人航天等工程任務需求，先後建成了超短波近地衛星測控網、C頻段衛星測控網和S頻段航天測控網等規模適度、布局合理、功能完備的測控系統，圓滿完成了多顆飛船以及多顆中低軌、地球同步軌道衛星（包括多顆商業衛星）發射返回、在軌運行等測控任務。面向未來商業航天的興起和發展，航天測控系統適應新的任務需求將調整服務模式，提供更加高效、便捷的測控技術服務。
商業航天是未來航天產業發展的重要方向。本文分析了國外商業航天和商業航天測控發展對未來航天測控管理的啟示，並對商業航天測控管理中的幾個新問題進行了初步探討。
美國的商業航天起步最早，也是發展得最為成功的。美國制定和頒布了一系列相關的法律法規和政策，及鼓勵、支持商業航天發展，又為商業航天活動提供了法律保障。1984-2015年，美國先後頒布20多項法律法規和政策。涵蓋空間政策、航天發射、載人航天、衛星通信、衛星導航、衛星遙感等多方面。在國家政策的刺激下，美國商業航天全產業鏈全面開花，尤其在衛星遙感應用、衛星通信網路和軌道運輸方面發展最為迅速。
太空成像公司於1994年10月從洛克希德公司中分離出來，旨在使全球最先進的地球觀測技術商業化，為世界各地用戶提供數字地球信息產品與服務。1999年9月24日，IKONOS-2衛星發射成功並實現業務運行。開始提供1m全色和4m多光譜解析度的圖像。這是世界上首顆商業運營的高解析度遙感衛星，從此揭開了民用高解析度對地觀測的新紀元。太空成像公司還擁有美國「陸地衛星」數字圖像的獨家全球經銷權。
軌道成像公司成立於1993年11月，公司主要業務是設計、建造、經營和營銷廣泛的與航天有關的產品和服務。該公司目前擁有3顆OrbView衛星，並具有在美國銷售其他衛星系統中得到的遙感圖像的權利，包括加拿大合成孔徑雷達平台的RADARSAT-1、2衛星，俄羅斯的SPIN-2 衛星。2005年，軌道成像公司收購了太空成像公司的資產。
一網公司成立於2012年,致力於發射低軌小衛星組建通信網路。計劃發射小衛星648顆,軌道高度200~2000km,完成對局部區域的互聯網覆蓋,提供約50Mbits的網速。一網公司計劃2017年發射第一顆衛星。
Spire公司成立於2013年,致力於部署氣象衛星網路。計劃發射中軌衛星100顆,通過測量GPS(Global Positioning System,全球定位系統)衛星信號獲得大氣溫度、壓強和濕度等氣象數據。
美國太空探索技術公司成立於2002年，致力於研製可回收火箭,載人航天器。目前開發了可部分重複使用獵鷹1號和獵鷹9號運載火箭,以及Dragon(龍)序列的航天器。2012年10月，SpaceX龍飛船將貨物送到國際空間站。2015年3月,獵鷹9號運載火箭將第一批全電動通信衛星送入預定軌道。2015年12月,獵鷹9火箭發射成功並實現了一級火箭的成功回收。2016年4月，獵鷹9火箭第一級成功降落在一艘海上無人船上。
藍色起源公司成立於2000年，由世界最大的網路銷售商亞馬遜公司建立，主要產品包括發動機和亞軌道火箭。2015年11月，亞軌道飛行器New Shepard成功發射到了100km的高空，隨後火箭完好無損地降落到了預定的地面位置，實現了亞軌道飛行器的可重複使用。
美洲其他國家如加拿大、阿根廷航天商業公司也有自己的衛星發射、運營計劃。加拿大Skybox Imaging成立於2009年，主要提供衛星實時影像服務平台,影像精度低於1m。截止2014年3月，共有24顆小型衛星SkySat在軌。阿根廷Satellogic公司成立於2010年,主要提供實時地球影像數據。截止2014年6月,共有3顆近地軌道衛星在軌,未來將增加到300顆衛星。歐洲也通過立法和政策加大對商業航天發展的支持。2015年12月，英國發布了《國家航天政策》，旨在發展英國成為歐洲商業航天中心，並在世界航天市場中佔據更大份額。
目前，航天產業主要屬於國家投資、企業研製的傳統計劃模式下，商業航天剛剛起步。近年來，政府大力鼓勵民企進入航天領域，特別是2013年9月開始，實施一帶一路戰略，航天產業特別是商業航天的發展興起，能更好地服務於這一國家戰略。2014年10月，李克強總理召開國務院常務會議，要逐步引導民間資本參與國家民用空間設施建設。2014年11月，國務院對外公布60號文件，更明確地鼓勵民間資本進入空間領域。2015年10月，出台國家民用空間基礎設施中長期規劃（2015-2025），鼓勵航天軍民融合新型產業資本進入航天領域，基礎的領域開放有航天軍轉民開始。在國家政策的鼓勵下，國內一些從事商業火箭製造、商業衛星製造的創新企業如雨後春筍般湧現出來。
長光衛星技術有限公司成立於2014年12月，是由中科院長春光機所等股東出資成立的一家商業遙感衛星公司。公司計劃2020年前發射60顆視頻衛星，2030年前計劃發射130顆組網視頻衛星。
四維商遙公司成立於2015年9月，由航天科技集團出資成立，將為全球用戶提供高空間解析度、高時間解析度、高光譜觀測能力的全天候對地觀測的遙感數據服務。計劃2022年左右建成由16顆0.5m解析度光學衛星、4顆高端光學衛星、4顆微波衛星以及多顆視頻高光譜等微小衛星組成的0.5m級高解析度商業遙感衛星星座。
零壹空間科技有限公司成立於2015年8月，是由民營股東出資成立的一家商業火箭製造公司。旨在完成低成本小型運載器的研製、設計及總裝。計劃2018年開展首飛。
目前，從國內外情況看，測控資源（包括地面站和控制中心）的隸屬關係有3種。
1）作為國家基礎設施，由政府和或軍隊直接管理。如美國NASA（National Aeronauties and Space Administration,國家航空航天局）的STDN（Spaceful Tracking and Data Network,航天跟蹤與數據網）、美國AFSCN（Air Force Satellite Control Network,空軍衛星測控網）、歐空局航天測控網、俄羅斯國家測控網。
2）地面站組網，隸屬國際組織。如海事衛星組織原是一個提供全球範圍衛星移動通信的政府間合作機構，即國際移動衛星組織，國內習慣簡稱為海事衛星。1999年海事衛星組織改革為一個國際商業公司——國際移動衛星公司。海事衛星組織有2個控制中心，主站在City Road，備站在Boreham Wood，8個測站分佈在義大利、、加拿大、紐西蘭、美國、荷蘭、挪威、俄羅斯。截至目前，海事衛星組織共管理11顆衛星。
3）大型公司擁有相應的地面站和控制中心。分為2類，一類是公司擁有自己的衛星，建立相應的地面站網路，如風雲、衛通等公司擁有各自的運控網，風雲衛星運控中心建在國家氣象局，共有北京、廣州、烏魯木齊和澳大利亞4個站，負責5顆低軌和地球同步軌道衛星的載荷控制。衛通運控中心建在北京西北旺，共有北京、香港、成都等4個地面站，負責6顆地球同步軌道衛星的平台和載荷控制。這類測控網僅支持行業專業衛星應用，不支持其他民用衛星測控，衛星應用只面向特定服務對象，屬航天商業化的範疇。另一類是公司建立地面站網路，可面向所有衛星提供服務，屬商業航天測控的範疇。目前，國內部分商業公司計劃建造自己的測控站，形成網路對外提供服務。在國際上有一定影響力的商業測控公司包括SSC（Swedish Space Corporation，瑞典空間公司）的PrioraNet全球地面站網和挪威KSAT（Kongsberg Satellite Services，康斯伯格衛星服務公司）的衛星測控網。
SSC的PrioraNet全球地面站網由網路管理中心（NMC），SSC自有的核心站點和遍布全球具有戰略位置的合作站點組成。SSC地面站分為2種，一種是瑞典空間中心所有，一種是與國際夥伴合作，提供C/S（Client/Server,客戶/伺服器）、L、X、UHL頻段的測控服務。
NMC是一個分散式的系統，分別位於加利福尼亞的Newport Beach、瑞典的基律納和賓夕法尼亞的Horsham，可為客戶提供全球地面站的單點介面。在任務的整個階段，航天器和網路操作人員晝夜不停地為用戶提供服務和支持。自有的核心站點10個，合作站點6個，站點分部在瑞典、義大利、德國、澳大利亞、加拿大、美國、智利、印度、模里西斯、南非、南極洲等國家和地區。
PrioraNet網為全球衛星的操作和通信提供可靠的解決方案，提供的服務業務包括任務管理服務、任務控制服務、TT&C（Tracking，Telemetry and Command，遙測、跟蹤和遙控）服務、載荷數據獲取服務。PrioraNet全球地面站網的主要客戶包括波音衛星系統公司、航天科技集團/資源衛星應用中心、加利福尼亞航天局、衛星發射測控系統部、美國地理眼公司、泰國地理信息與空間技術發展署、美國NASA、台灣太空中心等。
2009年，美國USN（Universal Space Network，環球航天網路）公司被SSC收購，USN公司採用商業運行模式提供衛星運行（包括實時遙測、跟蹤和指揮）服務。
挪威KSAT的衛星測控網由TNOC和4個地面站組成。TNOC操作和控制特羅姆瑟衛星地面站和斯瓦爾巴德地面站的TT&C天線系統，並與衛星的擁有者和操作者密切合作，負責所有的操作。4個地面站包括斯瓦爾巴德地面站、特羅姆瑟地面站、Grimstad站和TrollSat站。
測控網主要為極軌衛星提供測控和數據服務，提供的服務業務包括TT&C、探空火箭測控支持、LEOP（Launch and Early Orbit Phase，發射端和早期軌道段）支持、全球數據轉儲（Global Data Dump）在軌支持。測控網主要客戶有：NASA、ESA（European Space Agency,歐空局）、NOAA（National Oceanic and Atmospheric Administration,美國國家海洋和大氣管理局）、IPO、JAXA（Japan Aerospace Exploration Agency，日本宇航探索局)和DigitalGlobe等。
從當前國外的發展現狀來看，軍/民用航天測控、商業航天測控等多元化測控模式並存協調發展是大勢所趨。軍/民事航天測控主要服務于軍民用衛星，能力富餘時可服務於商業衛星，如SpaceX公司龍飛船搭乘獵鷹9火箭從佛羅里達州軍用發射場發射升空，發射測控由AFCSN第45空間聯隊提供支持，龍飛船進入國際空間站1英里（約1.609km）之外的在軌運行由SpaceX公司自行控制，進入國際空間站1英里之內的逼近、對接和撤離由美國NASA進行控制。商業航天測控主要服務於商業衛星，可為全世界範圍的航天用戶提供服務，既可以通過商業模式自行全球建站聯網，也可以與國外測控站採用商業模式合作聯網運行。如SSC的PrioraNet全球地面站網、挪威KSAT的衛星測控網為全球多顆商業衛星提供測控支持。
無論是軍/民用航天測控還是商業航天測控，其管理模式基本相同，由任務中心和地面站組成。由於地球同步軌道衛星對某一地面站24h可見，可採用單站方式進行管理。對於商業地球同步軌道衛星，商業公司可結合自身應用業務同時進行衛星測控。由於地球曲率影響，為滿足近地軌道衛星對火箭、衛星的全航程聯測需求，必須採用分佈在不同地點的多地面站聯網「接力」完成測控任務，這種聯網可以是某一測控體制下的多地面站聯網，也可以是不同測控體制下的多地面站聯網。對於商業中低軌衛星，商業公司自建測控網投資過高，比較合理的方式是：
1）購買商業公司測控服務，要求商業公司具備全球測控能力；
2）利用國家航天測控網完成測控支持。
目前，國外主要商業公司火箭、衛星的測控模式基本情況見表1。
從國外發展現狀來看，商業航天測控主要有2種模式：
1）自行建站完成測控。如美國的軌道成像公司、一網公司、Spire公司等都採用這種模式。
2）購買測控服務或完全委託其他單位完成測控。如美國太空探索技術公司的發射和在軌運行測控，藍色起源公司的發射測控採用這種模式。
從國外情況來看，在軌運行測控主要有衛星用戶或衛星研製單位自行完成。對而言，航天產業對商業資本的開放，必然要求航天測控也對商業資本開放。商業航天測控發展模式向國外看齊，一方面有助於降低測控成本、提高測控服務效率，另一方面有助於更好地參與國際競爭，更好地開展國際合作。
從國內發展情況來看，未來商業航天的興起導致在軌商業衛星呈爆髮式增長發展態勢。未來商業航天以小衛星星座應用為主，小衛星星座測控有以下幾個技術特點：
1）在軌空間目標多，空間分佈範圍廣，衛星入站出站頻繁，多顆衛星相繼過境間隔時間短，要求提供近全天候測控。
2）部分衛星運行軌道相似，如遙感應用衛星主要集中在軌道高度為500~800km的太陽同步軌道，多目標密集入站出站，要求提供多目標同時測量、多數據同時接收。現有測控資源能力接近飽和，只能恰當支持部分商業航天的測控需求，適度鼓勵商業航天測控參與在軌商業衛星的管理勢在必行。
應從國家層面、行業規範層面制定航天法規，規範商業航天和商業航天測控中的商業行為、航天活動，促進商業航天和商業航天測控的有序發展。航天活動應該在法律框架下進行，否則可能影響商業航天後續發展，商業航天更需要法治航天。應通過立法明確規定軍、民、商航天活動的管理規範和要求，以保證航天產業（包括測控）的有序發展。通過航天立法，建立商業航天市場准入退出機制、公平競爭機制、保險與賠償機制、安全監管機制等，創造有序、良性競爭的市場環境。
適度鼓勵商業公司自行建造任務中心、自行建造測控站，自行保障商業衛星在軌飛行控制，並積極探索商業航天測控管理新模式。
1）衛星任務中心支持對外聯網。衛星任務中心支持對外與現有衛星測控中心聯網運行，衛星測控中心可通過任務中心透明向商業航天測控地面站發送控制指令，由地面站轉發商業衛星執行。商業衛星的健康狀態可直接發送衛星測控中心。對商業衛星的測控流程和介面進行標準化設計，以支持對外聯網。
2）加強商業航天測控地面站國際合作。境內商業航天測控自行建站，境外既可以開展地面站國際合作，也可以自行建站。境內站與境外站（國際合作站或國際建站）能相互交互支持。
對包括商業衛星在內的所有衛星，加強政策管理，做好服務，一方面出於保障國家安全需要的考慮，另一方面出於確保商業衛星和其他衛星在軌飛行安全的考慮。在軌衛星管理服務應包括以下幾個方面。
1）頻率管理服務。衛星頻率成為重要戰略資源。對衛星測控、數傳頻率資源統一進行頂層規劃設計，協調統一管理，以防止在軌衛星相互之間出現無線電干擾。
2）軌位管理服務。衛星軌位逐漸成為稀缺戰略資源。對衛星軌位資源統一管理，按國家安全、國民經濟等不同需求進行等級劃分，需求衝突時按劃分等級分配軌位。
3）空間目標編目管理服務。隨著空間目標數量的不斷增多，空間目標編目、碰撞告警變得越來越重要。對所有衛星統一進行探測、跟蹤和識別，對空間目標的軌道特性、幾何特性和物理特性進行統一編目管理，並向商業發射、商業衛星應用提供碰撞告警服務。
4）發射和回收服務。衛星進入空間、空間返回事關領土、領空安全。衛星的發射和回收應進行統一管理服務，重點突出發射和回收的安全性設計。
結束語
商業航天的技術發展源自軍事航天、民用航天，但發展規模不同於軍事航天、民用航天。商業航天的到來對我們提出了新要求，要求我們既要墨守航天規律、航天理念，又要注入新的管理思想、新的管理理念。本文對商業航天測控管理中的部分問題進行了初步分析、探討，更多問題、更深入的分析有待隨商業航天發展進步進行進一步探討。
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