2022年十大卫星技术创新及发展趋势-轻识

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卫星的技术创新使整个航天工业取得了很大的进步。现在小型化卫星或小卫星，特别是纳卫星，已成为卫星发展的一个重要趋势，它们推动了下一代卫星的性能，而且小卫星的低制造成本也为卫星的量产化铺平道路。卫星物联网(IoT)是另一个主要趋势，可实现前所未有的跨行业连接，并为5G和即将到来的6G提供支持。同时，卫星制造商和运营商正在积极推进地面站和在轨服务的技术创新。数字化载荷、推进系统和人工智能(AI)等技术的应用将使卫星能够自主执行更复杂的功能。由于政府和私人投资的增加，从事卫星制造、运营和服务的初创公司正在为小型智能卫星的新时代奠定基础。

一、十大卫星趋势

及20家初创公司

在对全球卫星行业1361家初创公司和实现了规模化增长的公司进行分析后，本文归纳出将会影响全球航天科技公司的十大卫星发展趋势和创新，最终挑选出积极推动新技术的20家初创公司。

二、十大卫星技术趋势

和创新的影响

很多初创公司和实现规模化增长的公司都投入到低轨(LEO)小卫星的技术创新，通过部署LEO小卫星星座实现更高速的互联网连接。实现规模化增长的公司通过GEO和LEO轨道的超大容量卫星满足连接速度不断增加的需求。卫星物联网改进了现有地面系统的云计算、IoT解决方案和回传通道。任务延寿和服务机器人等在轨技术也是新兴的卫星技术趋势。新兴公司应用光通信和先进的终端确保其地面系统的技术领先优势。例如，AI技术可使卫星实现自动操作，并提高数据处理能力。此外，卫星平台设计适应可重配置的有效载荷、智能供电系统和推进技术。卫星发射成本也通过可回收火箭和使用灵活的发射场而降低。最后，增材制造技术(3D打印)使卫星初创公司能够在太空和地面上组装大型的空间结构。

三、全球卫星技术初创公司

和规模化公司的分布

下图是本文分析的1361家初创企业和规模化增长公司的全球热度分布地图。该图表明美国和英国的初创和规模化增长公司分布最集中，其次是印度和欧洲。

小卫星

配备了更智能、更紧凑的子系统，小卫星正在取代大型卫星和相关的基础设施。

提供网络连接服务的商业卫星运营商在部署LEO小卫星星座，实现低时延的全球覆盖。同时，越来越多的LEO小卫星星座用于地球观测(EO)和遥感，以实现卓越的观测力。卫星初创公司通过批量生产、与其它任务共享火箭、模块化商业现货(COTS)硬件和标准化卫星平台来推动这一趋势。卫星运营商和所有者还通过卫星制造的垂直整合最大限度地降低成本。这些进步正在促使卫星制造商使用小型卫星来验证新的空间技术，以及建造小型GEO卫星。

卫星物联网

与地面基础设施相比，卫星具有更广阔的覆盖范围，因此对卫星物联网的需求正在稳步增长。

政府和私营部门对卫星技术的投资，特别是用于连接系统和解决方案的投资，正在推动卫星物联网的技术进步。通过卫星IoT传感器和设备的商业解决方案，可实现在世界任何地方对资产进行精确、实时的跟踪、监控和远程监视。先进的卫星设备和传感器技术也赋予了一系列新的云和边缘计算能力。地面通信网络通常依赖陆地和海底电缆，在极端位置受到覆盖范围的限制。初创公司使用卫星物联网作为现有地面网络的回程补充，提供混合服务，从而改善整体的基础设施。

在轨服务

卫星技术公司正在解决影响卫星性能的两大挑战：清理LEO空间碎片和卫星在轨服务。

发射的卫星数量呈指数级增长，导致卫星运营商采用空间态势感知(SSA)来检测和清理空间碎片。初创公司为退役卫星引入的自毁和其它脱轨技术被证明是太空可持续的有效措施。另一个清理空间的卫星技术趋势是增加现有卫星的寿命。初创公司和规模化增长的公司正在通过使用任务延寿飞行器与在轨卫星对接来延长卫星的寿命。其他在轨服务还包括轨道转移飞行器，以及载荷和货物运输飞行器。自动机器人可在太空执行卫星维修和服务任务，进一步提高了卫星在轨服务的效率。

先进的地面系统

卫星遥测、跟踪和控制技术的创新使下一代地面系统成为一个顶级的卫星技术趋势。

地面站使用射频(RF)通信终端，包括电调和相控阵天线，以最少的人为干预来跟踪卫星。同时，卫星星座的兴起需要先进的星间链路来作为不同卫星间信息传递的桥梁。因此，运营地面站的初创公司利用智能RF和光通信技术在上下行数据传输中实现更好的在轨中继。在商业方面，地面站通过启用虚拟化地面网络，为软件定义卫星提供支持。这些技术使卫星能够根据需要自主重新分配、重新配置和处理大量带宽，以支持越来越多的最终用户。

人工智能

卫星收集的大量数据为数据处理、分析和及时的资源管理带来了挑战。人工智能被用于处理这些挑战中最复杂的部分。

利用机器学习(ML)算法可以分析从地球观测(EO)、全球导航卫星系统(GNSS)、基础设施监测和遥感获得的卫星数据。基于人工智能的云端数据分析正在为地面站服务的解决方案铺平道路。地面站还使用人工智能技术进行地面SSA来控制卫星进行航向校正或资源优化。太空中，人工智能用于实时轨道预测和卫星跟踪，以增强太空交通管理。此外，在卫星子系统中，大数据和分析使星载传感器在数据下行传输前，能自动进行数据处理。具有AI功能的子系统还使卫星自主机动成为可能，例如相对导航，主动频偏校准，航天器交汇对接，以及星座操作。

先进的有效载荷系统

作为卫星任务的核心，有效载荷的进步代表着卫星技术发展的主要趋势。

模块化有效载荷的使用可为初创公司带来利润。除了考虑成本之外，初创公司和规模化增长的公司都在使用市场上现成的标准化载荷来提高卫星的品质和容量。因此，一些复杂的COTS设备在卫星有效载荷占有一席之地，例如高分辨率成像和光谱传感器(如合成孔径雷达(SAR))，小型收发器(如可折叠天线)。依靠技术进步，初创公司可制造自主的卫星有效载荷和重要的子系统，执行诸如将频率和功率分配到需求大的波束等任务。有效载荷还可以使用已安装的软件进行重新配置，以执行卫星初始设计用途外的自定义功能。通过这种方式，在轨的旧卫星被重新用于新的任务，而不是退役成为空间碎片。

航天器推进

使卫星能够深入太空并执行复杂任务的大容量动力和推进系统正在成为该行业的主要产品。

智能创新，如高功率太阳能电池阵列，传统燃料的小型化，如电池改进，易于被新卫星采用。为优化性能对低重量推进器进行了重组，并且对化学燃料推进器也做了类似改进。同时，星上可持续推进系统也成为发展方向。在绿色推进技术中，初创公司和规模化增长公司都在使用电推进系统代替传统系统。此外，其他新型绿色推进技术也在进步，包括核能、太阳能、水、激光、甚至碘离子推进技术。例如，电磁系留是一种绿色推进技术，可在不需要燃料的情况下推动小卫星移动。

甚高通量卫星(VHTS)

随着卫星移动业务和宽带通信需求的激增，GEO卫星通信服务提供商正在不断地提高自身实力和卫星吞吐量。这意味着GEO卫星采用先进的转发器和软件定义无线电以实现每秒数百GB甚至每秒TB级的传输速率。

软件定义无线电使卫星能够通过跳波束、改变波束覆盖范围以及专门针对高容量区域的设计来满足动态变化的通信需求。还可通过增加不同频段的频率和使用多点波束等技术来满足更高的需求。卫星供应商选择Ku和Ka频段进行通信，因为这些频段能够提供更大的容量和频率复用效率。借助VHTS，可在地面覆盖不足的地区为陆地、空中和海上用户提供宽带连接。LEO或非GEO星座还可发挥低时延的优势，以更大的灵活性为消费市场提供服务。

灵活的发射服务

在特定轨道中飞行的卫星大小和数量决定了对运载火箭的需求。因此，随着越来越多的小卫星及其他各类卫星进入轨道，灵活、按需的发射受到卫星运营商的欢迎。

初创公司和规模化增长公司正在推出一些灵活的卫星发射技术，例如使用航天器、气球、自动运载火箭或无人机在空中发射。小型卫星的集装箱化便于LEO星座的发射，这是地面发射服务的另一项创新。然而，地面发射最大的创新是将可回收火箭用于任何轨道卫星的发射，这大幅降低了商业卫星的发射成本。初创公司还在开发适合所有类型卫星的大型、小型和微型运载火箭。

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增材制造

增材制造技术的应用降低了适用于恶劣太空环境的卫星及其子系统的高昂制造成本。

卫星平台、定制化有效载荷，甚至火箭发动机现在都在使用3D打印。初创公司在大规模的使用3D打印技术来批量生产LEO星座卫星。创建定制的和复杂的卫星部件的数字孪生，并使用3D打印，这加快了卫星及其部件的原型设计和测试，从而减少了制造交付周期和成本。同样，在地面运用3D打印大型空间结构的小部件，并在太空组装它们也将显著降低空间工作的复杂性。这也可以节省将大型空间结构送入太空所需的火箭空间和燃料。太空增材制造通过用3D打印部件替换故障部件，进一步帮助在轨卫星执行升级任务。

卫星行业的创新正在飞速发展。除了智能化子系统外，下一代空间卫星还利用了其它更先进的技术。卫星航空电子设备也正在向小型化和耐辐射系统迈进。智能化航空电子系统可实现对星载设备运行状况和使用情况的监控，以及精确的制导、导航和控制(GNC)功能。由于更多卫星新技术的出现，太空旅游业也开始出现。这些新技术和服务的兴起最终使人类能够对更深远的太空进行探索，同时改善人类在地球上的生活质量。