03.04 把手機自拍杆伸到太空裡，是商業航天降成本的一張好牌

口述 | 特約觀察員 楊峰

核心提示：

1、和傳統航天相比，現在的小衛星時代到了拼手速的時候，要不斷迭代更新。

2、商業航天降成本要從供應鏈上找解決辦法，成本降低了客戶才會具有購買力，反過來增加更多商業化路徑，這是一個正向循環。

3、航天領域有自己的摩爾定律，只有把衛星體積減小、成本降低、功能提高、批量生產，天聯網才可能是航天摸得到的未來場景。

前段時間，天儀研究院用TY15衛星把小米10 Pro手機（相機模組）送入太空拍照的事，引起了很多人的關注。

這裡面有好奇、有肯定，當然也有質疑。

把手機發射上天這事並不新鮮。早在2013年，NASA就曾把改造過的Nexus手機發上離地250公里的太空。不一樣的是，這次我們把手機送上了更真正意義上的太空，並讓它開始了為期一年的在軌拍攝任務。

雖然對航天人來說，這更像是“哦，又完成一次衛星試驗”的日常一天。但小米10從太空傳回來的照片，在短短几小時內就吸引了高達百萬的用戶下載量，確實也讓我們得到了不少額外關注，當時我們的電話和微信後臺都快被擠爆了。

那麼小米10相機模組進行太空搭載，這事兒到底難不難，以及我們為啥這麼幹？

送手機上天一共分幾步

傳統的航天項目非常燒錢和耗費時間，動輒都是幾億人民幣起步、需要花費5年甚至10年的長遠工程。且無論是在工程實現還是應用探索上，都需要不計代價的付諸全方位的投入和努力。

而這次的小米10太空搭載任務，是在非常短的時間裡、非常小的成本下，用非常小的消費級相機模組完成，本身就是件非常難和酷的事情。

時間上，它打破了航天固有的時間觀念。

2019年6月天儀和小米達成了“手機上天”的合作意向，9月拿到小米提供的主板和相機模組，10月初完成全部軟硬件設計、接口對接和系統測試工作。到11月3號，搭載了小米10 Pro一億像素相機系統的天儀TY15衛星，被長征四號乙運載火箭發射上天。一個月後，小米手機在太空中拍攝的首張照片傳回地面。至此，我們用了不到7個月的時間。

那麼我們是如何做到的？

一是在軌測試的可行性。以往發射衛星需要花費大量時間搭建全面的實驗環境、仿真環境，在地面進行軟件、硬件的各種功能測試，確保把可能遇到的問題都暴露出來並解決到位，然後才能發射上天。

而我們的小衛星在地面先確認好硬件部分以及所有不可更改的軟件部分，確保衛星最小系統的正常運行下，再把大部分的軟件調試和優化工作放到太空進行在軌測試。

在軌測試是國外同行提出來的，而天儀是首次在國內紮紮實實來實踐這個做法。事實證明，只要合理安排地面測試和在軌測試，能夠顯著提高總體研製效率。

二是模塊化和一體化的效用。我們從2018年開始大力做模塊化設計，把衛星平臺按功能規劃出四、五個標準組件，這些組件可以先期做好。衛星模塊化、標準化以後，大大提高了生產效率——衛星總裝時間由30天壓縮到了3天。

還有一個更頂層的突破是，我們在平臺功能模塊之外，還將衛星、星箭分離機構，包括離軌帆都進行一體化設計，使整個衛星的製造過程更加靈活、高度集成。

大家都知道小米手機（相機模組）又長又扁，而衛星內部空間寸土寸金，實際上小米相機已經超過了衛星載荷艙包絡。所以我們專門設計了一個用高強度鋁合金做的框架，並將該框架與衛星艙板進行了一體化設計，即該框架外側作為一個面的衛星艙板，既解決了空間問題，也不顯著增加重量。

小米10 pro 手機的相機模組

可能同行會有疑問，這個非衛星標準化設計的相機模組，能否適應標準立方星的6U框架（1U的體積為10cm×10cm×10cm）。由於我們自己在做星箭分離機構，所以這個問題就很簡單了。有的時候，載荷的局部會突出衛星平臺一塊兒，那我們就把適配器局部也突出一塊就能解決問題，不需要再在供應鏈溝通協調上浪費時間。現在這個組件經過反覆設計後，已經可以成為一個獨立的模塊化裝置，很方便的裝在以後的衛星上。

成本上，我們也突破了衛星搭載的成本和資源限制。

對於一顆動輒成本幾十億人民幣的大衛星，或者國際空間站來說，在太空中拍照輕而易舉，因為他們背後無論人力還是財力資源都太強大了。

但是我們和小米合作的這次搭載，是在我們非常小的一個6U立方星（相當於一個鞋盒的大小）裡面，它的成本和能夠使用的資源是非常有限的，這就需要我們想辦法去解決很多針對性、定製化的工程技術問題。

首先，衛星在發射過程中的力學環境是非常嚴苛的。通常衛星上使用的都是經過多次地面試驗驗證、費用高昂的宇航級器件。而在面對小米手機這樣的消費級器件時，就需要我們專門為小米相機模組設計三級減振，包括適配器與運載對接處的減震、衛星與適配器對接面的減振、衛星主結構與小米相機之間的隔振。

這個三級減振設計極大地消除了衛星發射過程中的高頻振動與衝擊，併成功將發射過程中的力學環境降到了消費級器件能夠承受的範圍，保證了小米相機模組的安全性。

其次，小米的相機模組有一部分要暴露在太空中。我們都知道太空環境裡，溫差能從零下30度跨越到零上70度。為了提供合適的溫度，我們需要給相機在外面穿上星衣，讓它不怕太空的寒冷。

但它自身工作時局部又會產生高溫，而外太空沒有空氣，只能靠輻射和傳導，散熱問題也需要解決。所以我們在設計安裝結構時，又要根據主板器件位置及高度設計導熱裝置，需要能夠傳導相機工作時主板功耗器件的熱量，保證器件不會出現溫度過高而導致的壽命損傷。

另外還有供電問題。我們通過精密的設計，從供電電壓準度、開機浪湧、拍攝持續大電流、阻抗設計等多方面匹配了專用電源轉換模塊，保障小米手機相機主體在嚴苛的使用環境中能正常工作，同時對專用轉接線纜做了佈局設計和電磁保護處理，能保證長時間穩定工作。

最後就是姿控精度問題。姿軌控系統好比是衛星的駕駛員，要想讓相機的攝像頭指向拍攝目標，必須有姿軌控系統的參與。這個過程說起來簡單，但要想完成它需要做大量的運算，地面上也要進行充分的測試和仿真，對於工程技術上來說是非常難的定製化需求。

想便宜就得敢失敗

在傳統航天領域，低成本和高可靠性似乎是矛盾的。成本問題是目前整個商業航天領域的喉中鯁，死死卡在那裡。

有的公司可能會通過一部分外包來降低研發成本，但更有效的或許是從供應鏈上降低製造成本。

這一點上，重新定義了商業航天的美國民營航天公司Space X，算是最敢吃螃蟹的。

航天元器件的生產製造，遠遠沒有進入批量生產階段，定製就意味著高昂的費用。想要像其他行業一樣直接靠規模效應降低供應鏈成本，短期內很難實現，只能用一些相對取巧的辦法。

電子元器件，一般分為消費級、工業級、軍用級和航天級，成本也逐級提升。同樣一個航天器芯片，使用消費級和航天級成本可能相差1000倍。

Space X採取的方式很巧妙——不斷嘗試用相對便宜的消費級或工業級元器件，替代成本昂貴的航天級元器件。

這些大膽的創新替代方案，幫助Space X在該部分的成本上比友商節省了100倍。

很多人可能會質疑或者吐槽，可這就好比你要把快遞從北京送到上海，重要的是快遞能送到，過程中你是開貨車或者跑車、燒柴油還是汽油，並不是問題的核心。

不可否認的是，這種嘗試的風險也很高。成功了，經驗能複用、成本能降低、商業模式能升級。當然失敗了你也會得到經驗和教訓，畢竟任何創新都是有代價的。

總之我們是勇敢的去試了。

天儀本身也有自己面向專業級遙感應用領域的專用衛星，拍攝的照片非常清晰。這次用小米手機拍攝的圖片，雖然並沒有具備遙感能力的大衛星拍的清晰，但它跟現在的衛星遙感領域不衝突，是互補，也是一次航天領域全新的應用探索。

畢竟原來大衛星的圖像是要付出幾億元的衛星成本去獲得的，而現在僅靠小米相機這樣幾千元的消費級器件就可以獲得。我們自己的成本降低了，對商業客戶的收費也會相應降低。而客戶具備實際的購買力之後，進一步增加了我們的商業化路徑，這是一個正向循環。

舉個例子，2000年以前，地面GPS接收機一個板卡幾萬元，一個Garmin手持GPS近萬元，那時候GPS衛星系統都需要靠美國軍費來維持運轉，對普通公司來說簡直貴到破產。而現在大量的移動互聯網生態建立在位置服務之上，GPS衛星系統也通過大量營收、快速的進行了第二、第三代迭代，一個（手機內置）GPS模塊只需要幾美元，客戶只需要不到一杯咖啡的錢就可以使用GPS。

我們在做的事，就是把航天領域讓客戶貴到破產的使用費，降低到便宜的跟沒花錢似的一杯咖啡錢。當然消費級的服務和航天級還是有差距的，但實際效果卻完全夠商業客戶使用了。

航天降成本的最大挑戰就是看你敢不敢失敗。Space X 之前火箭各種爆炸，但現在他們是世界上最極致和成功的一家商業航天公司。

在傳統航天領域，每次任務都要儘可能萬無一失，因為它的投入成本非常高，失敗的代價太大了。但在商業航天領域，保守就意味著喪失迭代速度，就會被市場拋棄。

小衛星時代，拼的就是手速

剛成立天儀的時候，我提出了9個字，“短週期、低成本、一站式”。我們當時希望能夠做國家隊的補充而不是競爭，所以更希望能打出差異化。但現在把我們放在更大的國際市場裡，我們換成了6個字，“更快、更小、更好”。

“快”是我們一貫的打法。傳統航天裡，一顆衛星的生命週期是5-10年，但現在是小衛星崛起的時代，要求企業有更快的迭代速度。比如我們成立4年，已經發射了18顆衛星，在國內民營企業裡數量排名第一。

我經常用《星際爭霸》的遊戲來比喻商業航天競賽。傳統航天的玩法是“人族”角色，憋在家裡攢資源造重型裝備。但商業航天是“蟲族”玩法，用一波接一波的ZERGLING（狗，蟲族的最基礎兵種）撲向你。等人族準備齊全出門開戰，全天下的礦早就都已經被蟲族佔領了。新商業航天領域，手速快，很重要。

“小”是未來航天發展的題眼。

為什麼要做小衛星？

PC機的摩爾定律和大批軟件的快速發展，帶來了互聯網的春天。航天領域也有自己的摩爾定律——只有把衛星體積減小、成本降低、功能提高、批量生產，天聯網才可能是航天摸得到的未來場景。

商業航天的落地場景一直是全行業的痛點。而小衛星就是我們進一步落地B端市場的一個差異化切口。

科研領域是我們目前在B端市場的主要落地方向。我們之前就收到過很多科學家的反饋，希望可以進一步將低成本的消費級相機應用到科研領域。

畢竟一個低成本、能快速上天的小衛星，可以幫助原本沒有足夠資金、需要在“國家隊”長期排隊的科研機構，便宜快速的把需求打包完成。

比如這次小米手機拍攝的圖片，雖然受限於手機鏡頭的視角，分辨率並不高。但單幅影像的覆蓋範圍足夠大，能達到大約720*540公里。如果有大量在軌的同類相機，多角度、多分辨率、多模式、高頻次的獲取地球影像，並進行萬億像素地球影像的拼圖，通過若干張地球的照片，合成萬億像素級別的地球全景影像，就可以在氣象觀測、環境預警、海洋科學、冰川極地甚至金融分析等諸多領域，為科學家提供更多的科研手段。

不過科研的市場還是不夠大，更多算是一塊硬骨頭，我們想用農村包圍城市的方式先專心把它啃下來，再慢慢去尋找更大的B端落地場景。

而相應的小衛星佈局上，我們計劃8月發佈一顆Mini Sar 雷達衛星。不過我們想要用同級別衛星1/10的體積和1/10的成本，做出對標國際上最高指標水平的小衛星。這也就是說，同級的雷達衛星可能有幾噸重、造價1億多美金，而我們要把它做到100多公斤和幾千萬人民幣。

作為國內第一顆即將發射的純商業化雷達衛星，它能比當前的光學衛星獲取更精準的衛星數據，幫助我們承接更多科研類、特殊行業類，以及政府類的客戶需求。包括現在租用國外雷達衛星的一部分商業客戶，他們的水利、城市安全等數據需求，也會很大比例轉移到我們這邊來。

“好”大概是最不需要解讀的。國內衛星公司目前很少產生直接的競爭，大家都是選擇自己擅長的一個細分領域，比如衛星製造、衛星運營、遙感、物聯網、寬帶通信等等。各自在不同的市場上發揮作用。

航天行業大體上還處在上升能力的搭建階段，所以我們現在更多追求上游能力的體現，而不是全力實現所謂的商業化場景落地。

當然，不斷的場景嘗試和能力儲備還是很有必要的。我們這次和小米一起把手機拍照的“自拍杆”伸到太空裡，就是基於對C端市場的嘗試與期待。

如果感興趣的人多了，那麼我們開放“太空航拍機”的網友在線付費拍照、分時租賃等服務也不是不可能，比如指定拍攝地球上的颱風、火山噴發的場景等等。

畢竟在大疆沒有將無人機成本降低之前，大眾也是沒有航拍需求的，而10年之後的現在，消費級無人機的市場已經很大了，商業航天或許也會迎來類似的消費級市場爆發。

不過從商業航天整體市場發展來說，無論C端還是B端的場景落地，確實都還處在很初期的美好暢想階段。長期來看，包括我們在內的絕大多數衛星公司，要想具備穩定而又低成本的商業服務能力，都還有很長的一段路要走。

帶著觀點看商業。

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