源起基金重點關注商業航天細分賽道 —— 衛星測控
為了使衛星正常工作，必須有一個龐大的地面測控系統夜以繼日地緊張工作。
衛星測控中心是這個系統的核心，眾多大型計算機是主要設備。除了硬件之外，還有諸多對衛星進行管理的系統程序軟件。這些軟硬件結合在一起，既有計算功能，又有控制功能，它們是測控系統的大腦。
01
衛星測控概述
衛星測控系統簡稱TT&C，也就是英文跟蹤、遙測和遙控的縮寫。
衛星測控平臺通過“地面站+星間鏈路”技術，實現衛星的持續監測與數據的通信。致力于打造一體化的無人值守地面管理平臺。數據共享系統完成對衛星零級數據的預處理工作，指揮監控實現各個子系統的控制管理、計劃生成、任務下發、故障報警等內容，通信系統完成載荷數據處理與分發，指令上注，測控設備的遠程監控等工作。
來源：網絡圖片
衛星工作的宇宙空間環境極為惡劣：在真空中飛行，受太陽照射的一面溫度能夠高達100攝氏度以上，而背陰的一面，溫度則可能低至零下100攝氏度到零下200攝氏度；太空環境中充斥著各種致命的宇宙射線、電磁波輻射和空間碎片。衛星長年累月在這種環境下工作，出故障的概率很大，必須有測控系統對它們的狀態進行跟蹤，并控制衛星做各種調整。
衛星受外部的影響，其飛行軌道可能會發生改變。比如與隕石和太空垃圾相撞。更常見的是，在低地球軌道（LEO）上飛行的衛星，仍然會受到極其稀薄的大氣層影響，受到空氣分子的阻礙后，飛行速度會逐漸地減慢。如果速度低于第一宇宙速度，那么衛星就會被地球引力吸引回地面，在大氣層中燒毀。因此，LEO軌道上的衛星必須經常啟動發動機進行加速。因此測控系統是絕對必要的。
因此，如果我們把衛星比喻成風箏，那么測控系統就是控制風箏的線。如果沒有這根線，風箏要么飛跑，要么墮地。衛星在其工作壽命的全過程里，都需要衛星測控系統的幫助，來維持正常的飛行狀態和工作狀態。
來源：網絡圖片
02
跟蹤、遙測與遙控
1. 跟蹤技術
1) 跟蹤：地球站接收衛星下發的電磁波信號，檢測出電磁波來波取向和地球站天線主波束指向角的偏差，伺服系統利用此偏差信息驅動天線，使得天線主波束實時對準衛星，跟蹤過程中，可以獲得衛星相對于地球站的方位角、俯仰角；
2) 測速：衛星和地球站的相對高速運動，使得衛星信號到達地球站時會產生多普勒頻移，測出該頻移就可以換算出衛星相對于地球站的徑向速度；
3) 測距：測距主要是測量出衛星和地球站之間的距離，只要獲取地球站發出的無線電信號到衛星、再從衛星轉發回地球站所需的往返時間，就可以計算出衛星和地球站的距離(Range)，目前主要有側音測距和偽碼測距兩種方法；
4) 根據得到的某時刻參數(A, E, R, t)，即可確定衛星在太空中的位置，進而確定衛星的軌道，跟蹤足夠長的弧段后，就可以預報外推衛星的未來軌道。
衛星參數定位示意圖，網絡圖片
跟蹤有很多技術手段，微波的、光學的等等。例如使用多普勒頻移來進行速度測量，比如法國Doris系統，就可以通過多普勒原理來給衛星提供較高的定位定軌道精度。像Jason系列的海洋衛星，靠著Doris這樣的系統獲才能實現對海洋數據的準確測量。
有一些任務更是把對衛星的跟蹤精度提到了很高的要求，來完成一些較為精確的測量。所以會在衛星上面安裝專門的裝置或者設備。例如角反射器之類。
衛星繞著地球轉就總有看不見的時候，因為衛星對地面的覆蓋，地面站對空域的覆蓋都是有限的，兩者并到一塊才能完成測控的事情，那么這一段就是測控弧段。所以對于測控弧段的考慮也是衛星任務中空間幾何分析的重要工作之一。
弧段測控示意圖，知乎
例如我國的衛星只有在我國的地面站覆蓋范圍內經過才能進行測控，時間多則十幾分鐘、短則幾分鐘。但是我們總是希望能在任意時刻對空間任意位置的航天器進行測控，所以各個航天強國都已經或者正在建設中繼系統，來作為地面系統的擴展，實現對空間的覆蓋。
測控范圍示意，網絡圖片
2. 遙測
用傳感器測量衛星內部各個工程分系統、衛星的姿態、內部溫度/壓力/電壓/電流等、外部空間環境和有效載荷的工作狀況，用無線電技術，將這些參數傳到地面站，供地面的科研人員進行分析研究，用來判斷衛星的工作狀況。遙測是一種用來監督、檢査衛星上天后工作狀況的唯一手段,也是判斷故障部位、原因的唯一措施。所以遙測的路徑是信息從衛星到地面。
3. 遙控
反之，地面想要衛星來完成一些任務，就需要對衛星注入任務指令，即遙控。遙控包括了對于單機、對姿態等具備執行能力的系統的控制。處于安全性的考慮也會有一些校驗的手段來保證執行的是正確的指令。
通過對遙測參數、姿態和軌道參數的研究和分析，發現航天器的軌道、姿態、某個工程分系統或有效載荷工作狀況異常或出現故障，判斷出故障部位和做岀決策，向衛星發出有關命令修正軌道和姿態，調整分系統和有效載荷的運行參數，甚至切換備份或部件。
遙控指令動作的結果，再通過遙測信道傳到地面站進行回報證實。遙測和遙控兩種技術綜合起來構成一種保證航天器正常運行，增加可靠性，延長壽命的重要閉環手段。
遙測與遙控，知乎
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03
行業特征與市場規模
低軌、巨型星座時代（商業衛星時代主要特征）——市場份額將集中于細分頭部企業。三大趨勢：
1.商業航天未來五年，將以星座組網為主要新基建階段；
2.星網國家隊為主，其他商業星座，將以產業場景為主；
3.商業星座建設，將高低軌混合為主。
衛星行業發展背景及痛點，航天馭星
衛星測控涉及的市場主要包括：天地一體化的衛星通信與數據服務解決方案、航天器在軌操作、衛星數據應用與服務。
未來3-5年，天地一體化的衛星通信與數據服務解決方案與航天器在軌操作的市場規模合計預計可達近300億元。
在衛星數據服務方面，目前，我國僅民用領域的遙感衛星數據價值超過了2000億元人民幣；未來五年有望突破萬億元。
04
行業格局
1. 國際商業測控服務情況
目前，國際市場上有兩家較為成熟的公司開展商業測控業務，分別是瑞典空間公司(SSC)和是挪威康斯伯格衛星服務公司(KSAT)，為商業衛星提供在軌管理或數據接收服務。
瑞典空間公司擁有1個操作中心、27個自有的測控站點和6個合作測控站點，分布在瑞典、意大利、德國、澳大利亞、加拿大、美國、智利、印度、南非等地，可以提供C/S/L/X/UHF頻段測控服務能力，具有分布范圍廣、測控能力強的特點。該公司的主要客戶包括波音、中國資源衛星應用中心、加利福尼亞航天局、美國地理眼公司、臺灣太空中心等。瑞典空間公司在2009年收購了美國環球航天網絡公司，進一步加強了商業衛星測控服務能力。
挪威康斯伯格衛星服務公司由1個操作中心和23個地面站組成，目前運營的天線總數為200個，主要為極軌衛星提供測控和數據服務，主要客戶有美國航天局、歐空局、數字全球公司等。2019年KSAT在新西蘭和希臘建設了新的地面站，2020年新添加了韓國濟州站，同時對已有地面站進行了升級和擴充，2019年共安裝了31個天線，投資額約為2400萬美金，占2019年總投資額的88%。
近年來，隨著全球商業衛星計劃日益增多，越來越多的商業公司開始發現地面端運營的商業價值，出現了一些新興的商業測控初創公司，主要包括意大利Leafspace、美國RBC signal、日本Infostellar、澳大利亞Capricorn公司，這些初創的商業測控公司的地面站網絡覆蓋的范圍較小，在區域范圍內擁有一定數量的地面站硬件設備，但受經費資金壓力影響，這些公司投資建設自己的地面站硬件設備能力有限，會選擇通過合作關系整合現有地面站的剩余容量，主要開發任務規劃界面和云平臺等軟件系統。
這種模式下，初創公司雖然避免了硬件設備的巨額投資成本，但同時也存在地面站使用靈活性較低的缺點，需要通過足夠富余的備用地面系統彌補這一劣勢。這一特點也促使新興的初創測控公司之間建立更多的合作關系，以相互整合資源。從產品和服務的市場定位來看，這些新的測控公司瞄準的是近年來正在興起的中低軌小衛星星座。
2. 國內商業測控服務情況
目前我國所有非商業航天性質的發射測控保障仍由國家航天測控部門承擔，而大部分商業衛星的測控需求則需要由商業化的公司來提供保障。
在這樣的背景下，我國的商業航天測控公司從2015年開始陸續成立，并為各類商業衛星和航天愛好者科學實驗衛星任務提供測控服務，同時也開啟了對航天測控商業化模式的有益探索。
2018年9月26日，國家工業與信息化部頒發了我國首個第三方衛星測控站電臺執照，這標志著我國商業航天測控行業規范的正式建立與實施，表明國家對商業航天的發展開始給予支持，行業管理開始走向完善。
近年來，珠海歐比特控制工程股份有限公司、上海歐科微航天科技有限公司、長光衛星技術有限公司、長沙天儀空間科技研究院有限公司、北京九天微星科技發展有限公司等商業航天公司出于運營需求建立了衛星測運控系統和測控站點。
與此同時，商業測控也已成為新的細分市場，西安運控信息科技有限公司（成立日期：2015-06-17）、北京宇航智科科技有限公司（成立日期：2015-10-22）、北京航天馭星科技有限公司（成立日期：2016-10-12）、成都天奧集團有限公司高新航天分公司（成立日期：2017-04-19）、北京天鏈測控技術有限公司（成立日期：2017-06-15）、陜西星邑空間技術有限公司（成立日期：2018-05-02）、西安寰宇衛星測控與數據應用有限公司（成立日期：2018-07-30）、國科華路航天科技有限公司（成立日期：2018-10-17）等專業商業航天測運控公司陸續成立，未來將隨著商業衛星和火箭的繁榮而繁榮。
結語：近年來，國際航天領域掀起新一輪探索熱潮，希望進一步掌握太空的“機密”和資源。各國忙著研發火箭、衛星，載人航天，探月、探火，想要“先人一步”征服太空，無一不是“馬不停蹄”。說到航天領域就不能不提及衛星測控技術，經過多年的發展，衛星測控體系已經逐漸成熟，測控設備價格的逐步降低，使得商業化運營的衛星測控公司逐漸出現并發展起來。
社會資本的進入加快了中國航天業的變革，促進了資源優化配置，但中國商業航天還處在產業興起階段，中國商業航天的未來，需要政府、投資人、航天國企、航天民企和生態服務平臺的共同努力，有序推進商業航天產業發展。
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