中美欧商业航天战略差异：从“软件定义卫星”概念谈起
作为商业航天最关键的技术路线，当前全球软件定义卫星发展呈现三个显著特征：技术分化：美欧已进入规模化应用阶段，中国仍处于技术验证期战略差异：美国侧重军民融合，欧洲强调战略自主，中国探索开源生态产业落差：SpaceX等企业已实现卫星"软件定义化"量产，我国尚未形成完整产业链软件定义卫星是突破商业航天核心瓶颈（产能、成本、效率）的关键路径，“软件定义”对商业航天全产业链的变阁式影响，包括对生产管理体系重构、商业模式创新和产业生态重塑等。软件定义卫星：“互联网思维”将如何重塑商业航天？对比中、美、欧在软件定义卫星领域的技术路线、zc支持与商业化进展，相较美国以开放架构实现商业技术军事化、欧洲“All in”软件定义以谋求技术自主，我国相关方面还处于摸索阶段。商业航天：中、美、欧“软件定义卫星” 路线全解析进一步基于与美国商业航天及我国新能源汽车产业的对比，剖析我国商业航天发展滞后的深层原因，提出以软件定义卫星为突破口、融合通导遥一体化的破局思路。商业航天需要一点“推土机精神”——兼论软件定义卫星与通导遥一体化的破局之道整体上国内软件定义卫星还未真正开始迈步（专项zc、标准体系和商业化项目都是0）。目前市场上有关软件定义卫星的讨论比较零散，前段时间与业内人士沟通的过程中，也发现行业对于载荷共享、卫星平台共享这类概念的陌生。因此本文回到基础定义层面，通过对比中、美、欧对软件定义卫星的定义方式，进一步解析其软件定义卫星战略的核心逻辑，为国内相关发展提供参考。欧洲空间局（ESA）在2021年11月发布的文章《Eutelsat Quantum准备开始商用》中是这样描述这颗软件定义卫星的：A telecommunications satellite that can be reprogrammedin-orbit, offering unprecedented missionreconfigurationcapacity。可在轨重新编程的通信卫星，提供前所未有的任务重构能力。欧洲空间局（ESA）在官网上介绍其软件定义卫星Onesat（2021年4月20日发布）：The standardised OneSat satellites for the highly competitive global commercial telecommunications market are software defined and fullyreprogrammablein orbit. Unlike existing satellites, which typically have individually customised payloads, these satellites are otherwise identical and are programmed by software for each specific mission – and can even bere-purposedonce in orbit or moved to a new orbital position.The fullyreconfigurableOneSat product line features major innovations and disruptive technologies, including the latest digital processing and active antennas that enable several thousand beams per satellite.面向竞争激烈的全球商业电信市场，标准化OneSat卫星采用软件定义技术，支持全功能的在轨重新编程。与传统卫星需要定制化载荷不同，这些卫星采用统一平台设计，通过软件配置实现任务专属功能，甚至支持在轨任务重置及轨道位置调整。这一全功能可重构的OneSat产品线集成了多项突破性技术，包括最新的数字处理和有源相控阵天线，单卫星即可实现数千个波束的灵活配置。2021年7月31日公布发射完全软件定义的量子卫星Eutelsat Quantum时的表述：A sophisticated telecommunications satellite that can be completelyrepurposedwhile in space has launched.一颗具备在轨全功能重构能力的先进通信卫星成功发射。美国国防高级研究计划局DARPA对其主导的Blackjack项目的介绍：DARPA's Blackjack program aims to develop and demonstrate critical elements for a global high-speed network in low Earth orbit (LEO). The goal is to provide the Department of Defense with highly connected, resilient, and persistent overhead coverage, employing multiple payload types and missions.DARPA的黑杰克计划旨在开发和验证低地球轨道（LEO）全球高速网络的关键技术组件。目标是为国防部提供高度互联、弹性可靠且持续覆盖的天基监测系统，通过部署多种有效载荷实现多样化军事应用。美国犹他州立大学收录的由蓝色峡谷科技公司（BCT）和西科工程（SAKER）工程师在公开发布的论文中则是这样介绍黑杰克计划的：美国国防部高级研究计划局（DARPA）的黑杰克计划旨在整合商业部门在低地球轨道（LEO）领域的成果，强调通过空间系统的小型化和降低发射成本来节省支出。美国创新智库平台Route Fifty网站副主编Susan Miller在2021年的报道中介绍DARPA的另一个项目Space-BACN：随着OneWeb和SpaceX等zf机构和私营企业陆续发射数百颗低地球轨道（LEO）卫星，美国国防高级研究计划局（DARPA）正在研发一种新型通信方案，旨在实现目前互不兼容的zf专用卫星与私营卫星之间的无缝互联。Space-BACN配备了一种低成本、适应性强的通信终端，可以在轨快速重新配置，以跨不同标准进行通信，代表了当前卫星通信技术的一次重大飞跃。注：Space-BACN 和 Blackjack 共同服务于美国防部“马赛克战”战略，支持构建弹性、高效的卫星通信网络。另外，从NASA和DARPA的报告中看，美国国家层面启动软件定义卫星相关计划，是对低轨星座激增以及商业航天飞速发展的快速响应。2020年7月23日Airforce Technology发布的访谈文章提到：Blackjack计划的核心理念是利用商业通信巨型星座的全球数据链及其批量化卫星平台生产能力（可实现每日一颗卫星）。商业航天企业SpaceX等证明了低地球轨道卫星可以大规模开发和制造，并在广域宽带接入等任务中表现出色。Blackjack正以此为基础，将相关能力延伸至军事领域，相比现有卫星方案，既能实现低成本升级，又可大幅缩短设计周期。洛克希德马丁公司2019年介绍其软件定义卫星SmartSat的时候是这样描述的：一种更像智能手机的新型卫星。提供无与伦比的弹性和灵活性，以应对不断变化的任务需求和技术演进，同时释放更大的太空计算能力。SmartSat是我们彻底改变卫星设计、制造和交付方式的重要一步。国内目前只有中科院软件所发起的软件定义卫星技术联盟在艰难推动。从目前公开的资料看，该联盟对软件定义卫星的定义经历了前后两个阶段（《实践软件定义卫星技术，推动共享星座建设》）。早期定义：以天基超算平台为核心，采用开放系统架构，拥有航天应用商店和开源软件生态，支持有效载荷及其他应用，应用软件按需加载，系统功能动态重构的新一代智能卫星。要涉及三个应用框架：应用治理框架（应用程序的运行与具体卫星平台解耦）、数据治理框架（对传感器、执行器和通信机需要的一些数据做统一管理，即有效载荷虚拟化）、节点治理框架（各种计算引擎做统一调配，以支持上层应用）。为实现以上应用框架，需要搭建两套工具链：基础软件工具链（为所有计算节点配备的操作系统和公用库等），应用开发的工具链（提高开发效率）。在评估是否属于软件定义卫星上，设定了几个标准：卫星的软件由谁开发（是否9成以上来自独立第三方）？卫星软件什么时间开发的（是否9成以上与应用异步开发）？软件价值占比多少（软件部分价值是否能达到总价值9成以上）？卫星平台上的软件变化程度是否频繁（是否有9成以上软件不经常变化）？无论新定义还是早期的定义，看起来都是非常典型的技术人员操盘的框架，这与中科院软件所作为国家级科研机构的职能定位高度契合。但在软件定义卫星这个重大战略方向上，单纯依靠研发视角的规划显然是不够的。要全面推进软件定义卫星的产业化应用，除了上下联动补齐标准化建设这个缺口以外，联盟本身可能还需要引入具备战略规划能力的决策主体，构建起能够统筹技术研发、产业应用和国防需求的整体性战略框架。参考我们在《中、美、欧“软件定义卫星” 路线全解析》一文中盘点的情况，按照是否明确提出软件定义卫星来看：欧洲软件定义卫星主导单位是欧洲空间局（欧洲多国组成的联盟机构）。美国软件定义卫星最高指导单位是国会，主导部门是国防部，NASA是其中的一个执行机构。我国软件定义卫星主导单位目前最高到中科院软件所，属于厅级机构。美欧在软件定义卫星战略上都是顶格配置，我国的主导单位只相当于美国其中一个执行单位的下属机构（早前我们在《从马斯克与FAA的恩怨史，谈市场化机制的两个要点》一文中分析过NASA和我国中科院的相似之处），等于让研发项目经理干产线CEO的活，或者街道办挑起了规划部门的担子……稍微有点管理常识的都应该很容易发现这里面的问题。美国的商业技术军事化意味非常明确。这种发展模式与其全球霸权战略一脉相承——航天技术历来就是军事竞争的核心领域。将商业航天严格限定于民用范畴既不符合现实，也有悖于现代国防建设中军民融合的发展理念。相比之下，欧洲在防卫上长期依赖美国军事力量的保护，其商业航天由欧洲空间局主导也属必然。比较特殊的是中国，尽管美国持续在推进太空军事化战略，SpaceX等商业航天企业的飞速发展更强化了其军事投射能力，使中国面临现实的太空安全挑战，但观察我国的商业航天产业规划，目前并没有看到军事部门的参与，军民融合这一战略也主要由经济部门推动。商业航天是军民融合的重要突破口，如果参考后者实施上的现状（下图），我国商业航天目前的特殊状况也就在情理之中了。美国在商业技术军事化这个目标下，其战略框架以zf引导、市场驱动、军民融合为核心，软件定义卫星的重心就是开放架构，通过标准化、模块化实现军用系统与民用系统之间、不同厂商卫星之间、新型号卫星与存量卫星之间的互操作。这一方面以极低成本放大了军事可用卫星资源，另一方面通过开放架构和标准化建设抢占全球产业链制高点，实现了军事和经济层面的双重强化。欧洲的战略核心是“主权、安全、竞争力”，通过大规模投资、产业整合和技术创新，试图在低轨星座、发射服务和可持续太空领域缩小与美国的差距。欧洲空间局（ESA）与欧盟委员会共同制定政策，将商业航天纳入欧洲战略自主的核心议程。同时通过一揽子计划明确商业航天的优先级，设立专项基金，支持初创企业和关键技术研发。这也将为欧洲重塑军事自主道路奠定基础。当前阶段商业航天发展的核心瓶颈集中在产能、成本、效率三个方面，谁能将用于小规模军事、科研需求的航天工业体系向可同时满足大规模商用需求转型，谁就掌握了商业航天发展的关键密码。美国以SpaceX为代表的商业航天企业，正是凭借在产能、成本、效率上的突破而实现飞速发展，进而改变了全球航天产业格局。成本是决定商业航天竞争力的关键因素，破解成本困局目前第一在供应链效率，第二在可复用技术。软件定义卫星又是供应链一体化（数字化转型驱动）和终极可复用技术（在轨软件升级代替硬件迭代）的关键实施路径。因此，以追赶美国商业航天、建立自主竞争优势的欧洲，在软件定义卫星上强调在轨重构，制定“标准化+安全+商业化”的战略框架，也是非常合理的。中国的战略主题是开源生态。目前的发起主导机构是中科院软件所，属于国家队中的软件技术研发系统，主要通过与其他企业合作的方式参与到商业航天产业发展中。从2017年就开始牵头组建联盟推动软件定义卫星发展，展现出卓越的前瞻性。但也许是限于其研发机构的职能定位，目前的战略框架更侧重于开发者生态培育。在深化行业认知、完善顶层战略设计、推动产业链达成共识、加快标准体系建设、促进各方协同落地等方面，可能还需要做很多工作。美国在软件定义卫星领域的前瞻性布局带动了商业航天的领跑地位，其基于军民两用目标建立的开放融合的战略体系比较完善，强调弹性灵活、低成本、高效研发，以及网络安全的整体保障。国内一直将NASA视为美国商业航天的主导部门，但NASA的角色实际主要是技术示范和需求牵引。从软件定义卫星这个关键方向上的布局就能看出，美国商业航天是国会定调、军事部门主导、NASA及其他相关部门协同，这样顶格的战略配置促进了经济和军事的双重强化，发展领先全球。欧洲在商业航天领域处于追赶美国的阶段，规划上先于中国把握住了软件定义卫星这个关键技术方向，以开放接口标准、可持续太空治理方案切入全球市场也是颇为明智的。国内还处于常识普及阶段，尚未形成国际竞争战略意识，对于迫在眉睫的太空军事威胁也缺乏敏感。目前业内还存在不少质疑卫星互联网建设必要性的声音，市场上对于软件定义卫星的陌生也就不难理解。要推动产业发展，既需要顶层设计的zc引导（主管部门制定专项规划），也离不开基层创新的实践探索（比如产业联盟加速推动标准制定）。补齐战略和标准建设上的缺口都需要时间，而留给我们的战略窗口期正在收窄。目前能做的，希望所有关注我国航天事业的仁人志士，能够对于商业航天领域这一关键路径做深入研究，并积极发声。
