低成本高收益！微型衛星顛覆地球觀測，開啟地球觀測的新時代

文/靜淺說

編輯/靜淺說

前言

在幾十年的傳統太空業務之後，太空中的衛星正在發生變化。在成本、設計和製造過程方面，新的更有效的任務方法正在培育。例如，在近地軌道（LEO）和超低地球軌道（VLEO）放置大規模的微型和納米衛星星座，使太空社區能夠以前所未有的時間解析度實時獲取大量數據。

除了技術創新之外，其他因素也促進了太空領域的創新，比如商業部門對地球觀測（EO）數據的不斷增加需求。從運營衛星的角度來看，EO行業是第二大市場，其中微型和納米衛星佔據了其中的大部分。

技術和市場驅動因素鼓勵太空環境中新創企業的湧現，如Skybox、OneWeb、Telesat、Planet和OpenCosmos等，它們提出了新的商業模式，改變了太空產品和服務的可訪問性、價格、所有權和商業化。

近地軌道衛星

儘管地球觀測（EO）最初是一項只有政府或太空領域擁有巨額財力的大公司能夠承受昂貴計劃的活動，但它不再是一個獨佔和昂貴的行業。它使新興國家、學術界和新興國家的分支機構有機會參與，這是「新太空」的基礎。

這種現象被稱為太空的民主化，改變了各種類型和規模的公司訪問、價格和太空產品和服務的商業化。新太空可以被理解為一種顛覆性趨勢，其目標是通過利用信息技術（IT）和EO的結合將太空變成商品。儘管其起源在矽谷，但這一趨勢現在已經擴展到全球。

根據關注科學家聯盟（UCS）衛星資料庫，截至2018年4月底，地球軌道上有1980顆運營衛星，其中684顆用於地球觀測。與2014年1月僅有192顆運營EO衛星相比，這代表了250%的增長，這清楚地表明EO數據採集是一個新興市場。

隨著公司數量逐年增加以及樂觀的預測，可以加強這樣的觀點：「EO正處於早期階段，仍然有很多改進和問題需要解決」。觀察新的基於EO的市場，可以從中觀察到太空領域潛在顛覆性創新的跡象。

一些技術驅動因素推動了這種創新。例如，低成本獲取地球圖像的途徑；高質量的空間、光譜和時間圖像的可用性；計算機科學的創新，如雲計算和機器學習；以及一些特定的計劃，如哥白尼計劃，將高技術開發從政府計劃轉移到其他行業和服務中。

除了技術驅動因素，其他因素也推動了太空領域的顛覆性創新，例如共享經濟、商業部門對智能城市等的不斷增長需求，以及政府對環境監測的興趣。例如，Spaceflight為公司提供了全球發射機會，與全球幾乎每家發射載具提供商合作。

所有這些因素鼓勵新公司，如Skybox、SpaceX、OneWeb、Telesat、Planet和OpenCosmos等，開發新的商業模式，使太空對非政府組織更加可訪問和價格合理，時間更短。

通過總結2001年至2017年間每年發射的微型和納米衛星的總數。微型衛星的定義是質量在10到100千克之間的衛星，而納米衛星質量小於10千克。它們已經按行業分類，以突顯近年來商業微型和納米衛星的發射數量大幅增加，相比之下，國防部門和政府發射的數量較少。

「顛覆性創新」這個術語由哈佛商學院教授克萊頓·M·克里斯滕森於2003年廣泛使用。他區分了持續創新和顛覆性技術，將「技術」一詞替換為「創新」，因為顛覆性不是來自技術，而是來自企業。

根據研究表明，持續創新促進了產品性能的改善，而顛覆性創新將一種非常不同的價值主張帶入市場，其性能最初低於主流產品，但價格低廉或具有獨特的特徵來彌補。

此外，還對低端市場創新和新市場創新進行了區分。低端市場創新是指不提高產品性能但提供更低價格的創新，例如Walmart及其廉價零售商場。另一方面，新市場創新，如iPod，為以前沒有擁有或使用過上一代產品的新用戶提供了能力來執行新行為或完成新任務。

克里斯滕森從管理和產業的角度探討了顛覆性創新。然而，他的建議僅適用於工業層面。儘管他對產品性能和商業策略進行了分析，但他的定義並沒有識別創新的特徵，因為它們是固有的而不是隨時間改變的外部因素，如客戶感知或政府法規。

在將創新的概念應用於太空環境。作者指出，一些因素會影響歐洲太空領域的創新可能性。通過識別三個創新特徵來進一步完善了顛覆性創新的前述概念：功能、不連續的技術標準和所有權模式。他的定義擴大了低端市場和新市場創新的含義。

低端市場創新是通過在現有技術的創建中使用新的、更便宜的材料或新的生產過程來破壞市場的不連續技術標準的創新或新的所有權形式。這些形式決定了創新在市場中的接受程度，因為它們在價格和與創新相關的服務等方面建立了價格。

新市場創新是通過提供具有顛覆性功能的創新來為用戶提供執行新行為或完成以前無法實現的新任務的能力。

通過將上述有關顛覆性微型和納米衛星創新的特徵與EO太空市場的主要特點相結合，可以確定的是關於微型和納米太空市場顛覆。

太空部門風險水平

太空部門接受風險水平較低，這對創新的空間較小。然而，微型和納米衛星提供了在設計和製造方面的簡單和標準化。這導致了更高的風險接受水平，從而帶來了更多的創新。

在主流太空平台中，設計、開發和測試活動往往是幾乎唯一的，專門為特定任務量身定製的。項目的持續時間長且成本高昂，這是因為需要保證最高質量，從而最小化任務的風險。另一方面，微型和納米衛星星座基於標準化的概念，這開闢了使用商用電子組件和選擇眾多技術供應商的可能性。

通過這種方式，可以以較短的時間內製造出成本較低的衛星。根據規格，微型衛星可以以幾百萬歐元的價格建造並投入軌道，而納米衛星的價格幾乎為25萬歐元。相比之下，大型衛星的成本可能升至5億歐元。

除了成本和尺寸之外，微型和納米衛星的主要優點是設計和實施每個型號所需的時間。平均而言，微型或納米衛星可以在不到2年的時間內設計、製造和發射。這意味著可以定期更新大規模的小型衛星星座，確保即使有些單位丟失或失效，仍能保持最佳性能。

這不適用於傳統的衛星，它們是在昂貴且長期的項目中開發和發射的，這些項目持續5至10年，因此在沒有危及整個任務的情況下無法容忍平台上的任何故障。特別值得一提的是，最近出現了許多專門設計用於將小型衛星投入軌道的微型發射器。

迄今為止，微型和納米衛星以「順風順水」的方式作為傳統航天器旁載有效地發射。然而，如果它們表現出可靠性和良好性能，新的微型發射器概念可能會為整個流程提供簡化和標準化，從而降低發射成本。

因為微型和納米衛星的設計和製造側重於簡單和標準的設備，最終可能會增加相關的風險接受程度。

數據可訪問性和技術標準化是開啟新市場機會的關鍵條件。 EO是一個前景廣闊、快速增長的領域，受到各種經濟部門的廣泛應用，包括精密農業、自然資源監測、石油和天然氣勘探、氣象學、民事保護、保險和城市監測等。

低成本的微型和納米衛星使EO初創公司能夠吸引對其大量可訪問和可負擔的高解析度圖像感興趣的新市場。此外，越來越多的國家正在投資於其EO能力，這既證實了太空的軟實力維度，也為國際或地區合作開闢了新的市場機會。

不僅太空通過新的發射技術變得更加可訪問，而且美國Landsat和歐洲Sentinel等項目的數據已經對所有人開放。這使第三方能夠在不同的資金計劃支持下開發新的服務和應用程序。

例如，OneAtlas使用高解析度圖像更新了全球的基礎地圖，而無需拍攝任何照片，而OneWeb計劃利用小型太空技術在全球範圍內提供衛星互聯網。很明顯，其中一些新市場最近之所以獲得了EO數據的訪問權，是因為其價格比以前便宜。

然而，傳統的太空公司本身也是非常重要的進入壁壘，因為由國防和公共組織擁有和控制的數據無論以任何價格都不可用。可以看到，在2017年，國防占商業數據市場的60%以上，基礎設施和自然資源垂直行業佔了相似的份額。

此外，它們的較低成本使其可以組成大型星座，提供更頻繁的觀測，這對於一些應用，如氣象監測和自然災害監測，至關重要。因此，儘管微型和納米衛星的性能有局限性，但它們在許多應用中仍然具有競爭優勢。

新太空技術

新太空技術，特別是微型和納米衛星技術，已經顯著降低了EO的可負擔性。如前所述，這些衛星的製造成本相對較低，而且它們的發射和運營成本也較低。這意味著更多的組織，包括學術機構、初創企業和發展中國家，都可以參與到EO領域中來。

此外，商業化和競爭的推動力促使太空公司提供更多的EO數據服務，從而為更多的客戶提供了可負擔的選項。因此，新太空技術確實降低了EO的可負擔性，並使更多的人能夠訪問和利用這些數據。

傳統上，EO衛星的所有權主要集中在政府和大型太空公司手中，這導致了EO數據的有限可用性。然而，新的所有權和可操作性形式已經開始嶄露頭角，改變了這一局面。一些新興企業和初創企業正在建立自己的微型和納米衛星星座，以提供高質量的EO數據服務。

此外，一些政府機構也開始與私營部門合作，以共同開發和運營衛星。這種多樣化的所有權和可操作性形式為更多的組織提供了機會參與到EO領域中，從而提高了數據的可用性和可訪問性。

微型和納米衛星

微型和納米衛星的小尺寸和低成本使它們能夠提供一些新的顛覆性功能。例如，它們可以組成大型星座，實現更頻繁的地球觀測，從而改善了氣象監測、自然災害監測等應用的性能。此外，它們可以提供高解析度的地球觀測數據，對於城市規劃、資源管理、環境監測等應用具有重要意義。

微型和納米衛星還可以與其他感測器和數據源集成，提供更全面的信息，為用戶提供更多的價值。因此，微型和納米衛星確實提供了新的顛覆性功能，改善了EO數據的質量和可用性。

總結

微型和納米衛星的崛起標誌著地球觀測領域正在經歷著深刻的變革。它們以低成本、高可訪問性、顛覆性功能和多樣的所有權形式改變了整個行業的面貌。

儘管仍存在一些技術和操作上的挑戰，但微型和納米衛星已經為更多的組織開啟了參與地球觀測領域的大門，使我們能夠更深入地了解我們的星球、監測自然災害、改善資源管理、支持農業和城市規劃等各種應用。

隨著技術的不斷進步和商業模式的創新，我們可以預期，微型和納米衛星將繼續在未來的地球觀測中發揮關鍵作用，為我們的世界帶來更多的見解和創新。這一領域的蓬勃發展將不僅僅受益於科學和商業界，還將造福全人類。

因此，我們可以樂觀地期待，微型和納米衛星將繼續推動地球觀測領域的不斷進步，為解決全球挑戰提供更多的支持和解決方案。在這個變革時代，微型和納米衛星正在為太空科學和地球科學開闢出嶄新的前景，為未來的探索和發現鋪平了道路。