從光啟科學(xué)“云端”號試飛看臨近空間市場開發(fā)

唐塞麗蔡聞一史曉寧劉杰平

從光啟科學(xué)“云端”號試飛看臨近空間市場開發(fā)

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(xué)有限公司（簡稱“光啟科學(xué)”）研制的浮空器——“云端”號（Cloud）成功試飛，并完成了相關(guān)商用測試任務(wù)——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(jiān)測和海事大數(shù)據(jù)獲取等任務(wù)，3項(xiàng)核心功能的實(shí)際測試均達(dá)到了預(yù)期效果。其中，高速的Wi-Fi通信傳輸達(dá)到了108Mbps的高吞吐量，在距離中心點(diǎn)40km以外的地方，Wi-Fi通信實(shí)測吞吐量仍然達(dá)到26Mbps，并達(dá)到了信息覆蓋8000km2面積的預(yù)期（相當(dāng)于深圳與香港地區(qū)面積之和的2倍多）。

“云端”號是一個動態(tài)可調(diào)的銀色浮空器，長48m、高20m，體積達(dá)數(shù)千立方米，依靠氦氣浮力上升，集通信、互聯(lián)網(wǎng)接入、大數(shù)據(jù)收集與分析等功能于一體，具有載荷大、覆蓋廣等特點(diǎn)，可作為實(shí)現(xiàn)Wi-Fi無線網(wǎng)絡(luò)廣域覆蓋的空中基站平臺，提供全新的大數(shù)據(jù)與信息服務(wù)?！霸贫恕碧柛】掌魍ㄟ^1根復(fù)合光纜繩與地面連接，實(shí)現(xiàn)超大規(guī)模數(shù)據(jù)的傳輸，主要工作高度范圍為4000m～5000m的高空區(qū)域，通過裝載在飛艇下方吊艙內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)基站裝置，為特定區(qū)域提供Wi-Fi通信服務(wù)，信號覆蓋范圍約8000km2，超越現(xiàn)有Wi-Fi技術(shù)的覆蓋面積。

此次試飛，“云端”號浮空器搭載了高空對地監(jiān)控監(jiān)測設(shè)備，具備了廣角1080p高清影像拍攝功能，實(shí)時獲取了深圳周邊半徑200多千米海域內(nèi)，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(qū)的2103艘海上船舶的船號、船籍、經(jīng)緯度、航向和航速等海事信息。相比傳統(tǒng)平臺，“云端”號浮空器的海域監(jiān)控面積增加了約9倍。

▲ 光啟科學(xué)研制的“云端”號浮空器

光啟科學(xué)概況

自2010年7月13日成立以來，光啟科學(xué)開展了以Meta-RF電磁調(diào)制技術(shù)、超材料技術(shù)、智能光子技術(shù)、臨近空間技術(shù)等為代表的系列前沿技術(shù)研究，著力開發(fā)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(wù)全產(chǎn)業(yè)鏈。目前，光啟科學(xué)的業(yè)務(wù)領(lǐng)域涉及航空航天工業(yè)、臨近空間探索、互聯(lián)網(wǎng)金融和智慧城市等方面。2014年9月，光啟科學(xué)借殼英發(fā)國際有限公司在香港上市。

2014年12月22日，光啟科學(xué)的阿波羅基地正式啟用。該基地是以新材料技術(shù)為核心支撐的產(chǎn)業(yè)園區(qū)，位于深圳市龍崗區(qū)，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(nèi)最高、華南地區(qū)最大的充氣膜結(jié)構(gòu)建筑，內(nèi)部展示了光啟科學(xué)研制的一系列新型空間飛行平臺的研發(fā)和測試設(shè)備。

▲ 光啟科學(xué)的阿波羅基地

光啟科學(xué)空間服務(wù)產(chǎn)業(yè)鏈

1. 通訊信息服務(wù)

2014年9月，光啟科學(xué)在深圳會展中心與鵬欣環(huán)球資源股份有限公司（簡稱“鵬欣資源”）簽署《空間技術(shù)咨詢服務(wù)合同》與《空間服務(wù)運(yùn)營合作協(xié)議》，合作項(xiàng)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(jì)劃提供通信覆蓋和大數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)推送等通訊信息服務(wù)。同年11月，光啟科學(xué)、鵬欣資源與剛果民主共和國（亦稱“剛果（金））簽訂了三方戰(zhàn)略合作協(xié)議，將投資10億美元，利用顛覆性空間技術(shù)及相關(guān)創(chuàng)新技術(shù)解決方案，在剛果（金）開展互聯(lián)網(wǎng)接入、礦產(chǎn)勘探開發(fā)、救災(zāi)、森林保護(hù)，以及通信廣播等應(yīng)用服務(wù)業(yè)務(wù)。

2. 太空旅游服務(wù)

2014年10月，光啟科學(xué)與上海宇航系統(tǒng)工程研究所簽訂了為期5年的全面戰(zhàn)略合作協(xié)議，以成立股份公司的方式，共同開發(fā)和推廣載人航天太空艙、空間載人系統(tǒng)及飛行平臺等產(chǎn)品。雙方還將在應(yīng)用解決方案研究方面開展合作，包括空間先進(jìn)結(jié)構(gòu)材料、臨近空間載人平臺、近地軌道運(yùn)輸器，以及深空探測軌道運(yùn)輸器等領(lǐng)域。此外，光啟科學(xué)還將與鵬欣資源合作研發(fā)載人版的“旅行者”號，共同開發(fā)商業(yè)太空旅游服務(wù)。

3. 空對地監(jiān)控觀測服務(wù)

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

光啟科學(xué)、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(xué)負(fù)責(zé)提供所放飛的臨近空間飛行器及所有配備技術(shù)和人力；新西蘭航空有限公司將協(xié)助光啟科學(xué)取得在新西蘭領(lǐng)空放飛臨近空間飛行器的空域許可證；鵬欣資源將免費(fèi)提供放飛場地，并協(xié)助光啟科學(xué)向有關(guān)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(wù)

2014年12月，光啟科學(xué)與專業(yè)個人飛行器生產(chǎn)商——馬丁飛行噴射包（Martin Jetpack）公司簽訂投資并購協(xié)議，計(jì)劃通過收購已有股份、認(rèn)購新股和可換股證券等方式，持有對方52%的股份，實(shí)現(xiàn)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(yè)化、實(shí)用化的飛行噴射包，有載人和無人駕駛兩大類產(chǎn)品。載人型又分為專業(yè)版和個人版。專業(yè)版的目標(biāo)客戶是快速反應(yīng)部門，個人版則主要用作個人休閑產(chǎn)品。無人型名為“天鉤”，可用于重型運(yùn)輸、農(nóng)業(yè)和航拍等領(lǐng)域。首批專業(yè)版飛行噴射包計(jì)劃于2016年交付應(yīng)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(jì)劃于2017年上市銷售。

5. 零燃料空中物流服務(wù)

2015年4月，光啟科學(xué)與加拿大太陽能方舟公司簽訂投資協(xié)議和期權(quán)協(xié)議，將逐步實(shí)現(xiàn)對該公司的控股，拓展空中廉價物流業(yè)務(wù)領(lǐng)域。加拿大太陽能方舟公司的主要業(yè)務(wù)是設(shè)計(jì)和制造混合動力貨運(yùn)飛行器，即太陽能方舟。該飛行器采用空氣動力學(xué)原理及浮力氣體飛行，其翼形及大型表面積的設(shè)計(jì)可充分利用太陽能發(fā)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(yīng)用在加拿大北部地區(qū)及非洲偏遠(yuǎn)地區(qū)。光啟科學(xué)計(jì)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(yùn)服務(wù)。

光啟科學(xué)主要業(yè)務(wù)與國外項(xiàng)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(shí)施熱氣球Wi-Fi無線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)項(xiàng)目——“谷歌氣球”。該項(xiàng)目旨在為偏遠(yuǎn)地區(qū)用戶提供無線上網(wǎng)服務(wù)，其原理是利用谷歌公司目前公開獲取的大氣數(shù)據(jù)，對放飛熱氣球的高度進(jìn)行上升或下降控制，以便捕捉不同高度的氣流，從而進(jìn)行精確的移動和定位，即使某幾個熱氣球在氣流作用下發(fā)生移動，但通過總體數(shù)量和位置調(diào)整，仍可保證熱氣球在某一區(qū)域上空的均勻和穩(wěn)定分布。谷歌公司的最終目標(biāo)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(wǎng)絡(luò)，在距離地面20km的高空從東至西均勻分布，為區(qū)域內(nèi)的地面用戶提供Wi-Fi無線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

光啟科學(xué)在臨近空間領(lǐng)域的核心技術(shù)在于新材料，超材料設(shè)計(jì)是該公司的優(yōu)勢技術(shù)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(guān)鍵的技術(shù)?！霸贫恕碧柛】掌鞯某晒υ囷w和商用測試，證明了相關(guān)技術(shù)的可行性。未來，“云端”號浮空器可作為電信基礎(chǔ)設(shè)施的一部分，與其它平臺和網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，提供全方位、多層次的通信服務(wù)業(yè)務(wù)，為港口提供跨時代的近海船舶監(jiān)控、管理和運(yùn)營服務(wù)，為人煙稀少的地區(qū)或?qū)ν顿Y敏感的地區(qū)提供無線上網(wǎng)和數(shù)據(jù)推送等服務(wù)。

2. 太空旅游業(yè)務(wù)

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(wù)開發(fā)商，推出了亞軌道飛行項(xiàng)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(chǎn)品。該項(xiàng)目利用大型飛機(jī)攜帶太空船二號進(jìn)行空中發(fā)射，將太空船運(yùn)到約100km的亞軌道。從火箭發(fā)動機(jī)關(guān)閉到太空船再入大氣層，乘客會經(jīng)歷約5min的零重力狀態(tài)，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(fā)射技術(shù)的載人航天旅游不同，光啟科學(xué)將“安全、舒適”作為賣點(diǎn)，其臨近空間載人計(jì)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(xué)正在實(shí)施的太空旅游服務(wù)的核心項(xiàng)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(shè)施齊全的太空艙里，用大約1h平穩(wěn)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(wěn)地返回地面。光啟科學(xué)計(jì)劃在2015年進(jìn)行動物實(shí)驗(yàn)，并計(jì)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(fā)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(jī)無法到達(dá)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(yuǎn)低于一般衛(wèi)星飛行高度，為情報(bào)偵察、收集和通訊提供了有利條件，在軍事和商業(yè)領(lǐng)域均具有巨大的潛在價值。目前，高速、輕負(fù)荷的臨近空間飛行器發(fā)展相對成熟，但由于技術(shù)壁壘及成本原因，低速氣球至今尚未實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用?！霸贫恕碧?、“旅行者”號等中高空和臨近空間通訊信息平臺擁有超強(qiáng)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(shù)據(jù)傳送服務(wù)，將顛覆傳統(tǒng)通信行業(yè)運(yùn)營商的3G和4G數(shù)據(jù)傳送服務(wù)方式，具有廣闊的市場前景。此外，臨近空間商業(yè)太空旅游也是一片待開發(fā)的空白市場。航天企業(yè)可依托已有的航天技術(shù)，注重軍用臨近空間飛行器技術(shù)向民用市場的轉(zhuǎn)化，尤其是蒙皮技術(shù)、能源系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、懸停技術(shù)、控制技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)的轉(zhuǎn)化，搶占臨近空間商業(yè)化服務(wù)產(chǎn)業(yè)鏈的制高點(diǎn)，拓展新興產(chǎn)業(yè)，助力軍民融合深度發(fā)展。

2. 臨近空間領(lǐng)域開拓存在一定風(fēng)險(xiǎn)，商業(yè)化發(fā)展面臨挑戰(zhàn)

“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(fā)射，具有成本低、距離短、衰減小、站址少、可重復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn)。但由于臨近空間領(lǐng)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(shù)上也存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。高空平均氣溫較低，加上輻射、隨機(jī)風(fēng)場等不利因素，對高空浮空器的總體設(shè)計(jì)提出了極高的要求，需要攻克諸多關(guān)鍵技術(shù)，包括高性能囊體材料研制技術(shù)、囊體氣動外形的設(shè)計(jì)技術(shù)、高效無污染能源利用技術(shù)、升空和回收控制技術(shù)、自適應(yīng)定點(diǎn)控制技術(shù)、設(shè)備艙溫度自動控制技術(shù)等。此外，由于熱氣球、飛艇等飛行器有可能對飛機(jī)的飛行航線造成影響，我國法律規(guī)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(bào)，經(jīng)空域?qū)徟蟛拍苓M(jìn)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(jiān)管。因此，此類浮空器更適合以地廣人稀的地域作為目標(biāo)市場。

3. 建立協(xié)同創(chuàng)新體系，促進(jìn)軍民融合產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展

光啟科學(xué)致力于在技術(shù)及資本層面構(gòu)建開放式的創(chuàng)新平臺，整合社會優(yōu)勢資源，以“自有技術(shù)+高成長市場+協(xié)同創(chuàng)新”的商業(yè)模式，促進(jìn)空間服務(wù)產(chǎn)業(yè)鏈集群式發(fā)展。首先，光啟科學(xué)憑借超材料技術(shù)優(yōu)勢，瞄準(zhǔn)臨近空間商業(yè)化服務(wù)的高成長市場，巧妙地處理了技術(shù)與市場之間的匹配關(guān)系，形成了自有技術(shù)與商業(yè)化需求的有機(jī)銜接。其次，實(shí)施協(xié)同創(chuàng)新戰(zhàn)略，有效整合外部優(yōu)勢資源。在技術(shù)方面，通過聯(lián)合開發(fā)和兼并收購等方式，借助外部科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)的技術(shù)優(yōu)勢，彌補(bǔ)自身的技術(shù)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(fā)提供資金支持，與上市公

司簽訂合作協(xié)議，分散技術(shù)研發(fā)和市場開拓等方面的風(fēng)險(xiǎn)。上述做法為我國航天企業(yè)提供了可借鑒的發(fā)展思路。

我國航天企業(yè)應(yīng)以創(chuàng)新驅(qū)動戰(zhàn)略為主要抓手，注重商業(yè)模式創(chuàng)新和多主體的協(xié)同創(chuàng)新體系建設(shè)。對內(nèi)，整合技術(shù)、人才等資源，敏感捕捉市場需求，利用主業(yè)的技術(shù)優(yōu)勢、集成優(yōu)勢和品牌優(yōu)勢，拓展新領(lǐng)域，挖掘潛在市場，加快軍民兩用技術(shù)的商業(yè)化應(yīng)用。對外，創(chuàng)新合作模式，建立院屬單位與高校、科研院所及民營企業(yè)的合作開發(fā)機(jī)制，形成產(chǎn)、學(xué)、研、金融等多主體參與的開放型軍民兩用技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新體系，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展，加快培育一批具有自主知識產(chǎn)權(quán)、市場競爭力強(qiáng)、行業(yè)帶動效應(yīng)明顯的軍民融合產(chǎn)業(yè)集群，推進(jìn)軍民融合產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展。

ALL ABOUT

軍民融合不一樣的角度和觀點(diǎn)

唐塞麗，任職于中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院研發(fā)中心，長期從事軍民融合、國有企業(yè)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(xué)基金、中國航天科技集團(tuán)公司等的多項(xiàng)課題研究。

蔡聞一，中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院研發(fā)中心工程師，長期從事航天發(fā)展戰(zhàn)略研究工作，參與中國航天科技集團(tuán)公司、中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院等單位的多項(xiàng)課題研究。

秦 明，工程師，西安電子科技大學(xué)黨委宣傳部副部長，研究方向?yàn)樾畔⒓夹g(shù)發(fā)展及其傳播。