从光启科学“云端”号试飞看临近空间市场开发

唐塞丽蔡闻一史晓宁刘杰平

从光启科学“云端”号试飞看临近空间市场开发

唐塞丽蔡闻一史晓宁刘杰平

北京时间2015年2月6日，深圳光启科学有限公司（简称“光启科学”）研制的浮空器——“云端”号（Cloud）成功试飞，并完成了相关商用测试任务——在4000m高空向8000km2面积范围提供了Wi-Fi信号。

“云端”号浮空器试飞情况概述

“云端”号浮空器的试飞和商用测试主要包括Wi-Fi通信覆盖、对地监测和海事大数据获取等任务，3项核心功能的实际测试均达到了预期效果。其中，高速的Wi-Fi通信传输达到了108Mbps的高吞吐量，在距离中心点40km以外的地方，Wi-Fi通信实测吞吐量仍然达到26Mbps，并达到了信息覆盖8000km2面积的预期（相当于深圳与香港地区面积之和的2倍多）。

“云端”号是一个动态可调的银色浮空器，长48m、高20m，体积达数千立方米，依靠氦气浮力上升，集通信、互联网接入、大数据收集与分析等功能于一体，具有载荷大、覆盖广等特点，可作为实现Wi-Fi无线网络广域覆盖的空中基站平台，提供全新的大数据与信息服务。“云端”号浮空器通过1根复合光缆绳与地面连接，实现超大规模数据的传输，主要工作高度范围为4000m～5000m的高空区域，通过装载在飞艇下方吊舱内的网络基站装置，为特定区域提供Wi-Fi通信服务，信号覆盖范围约8000km2，超越现有Wi-Fi技术的覆盖面积。

此次试飞，“云端”号浮空器搭载了高空对地监控监测设备，具备了广角1080p高清影像拍摄功能，实时获取了深圳周边半径200多千米海域内，包括我国、韩国、阿尔巴尼亚、白俄罗斯、马来西亚、丹麦、美国、塞浦路斯、利比里亚、马绍尔群岛、凯尔盖朗群岛等28个国家和地区的2103艘海上船舶的船号、船籍、经纬度、航向和航速等海事信息。相比传统平台，“云端”号浮空器的海域监控面积增加了约9倍。

▲ 光启科学研制的“云端”号浮空器

光启科学概况

自2010年7月13日成立以来，光启科学开展了以Meta-RF电磁调制技术、超材料技术、智能光子技术、临近空间技术等为代表的系列前沿技术研究，着力开发从低空空域到临近空间的飞行器或驻空平台，打造空间服务全产业链。目前，光启科学的业务领域涉及航空航天工业、临近空间探索、互联网金融和智慧城市等方面。2014年9月，光启科学借壳英发国际有限公司在香港上市。

2014年12月22日，光启科学的阿波罗基地正式启用。该基地是以新材料技术为核心支撑的产业园区，位于深圳市龙岗区，将成为我国重要的新型空间飞行平台测试和组装基地。阿波罗基地由放飞基地和“1号空间库”等2部分组成。其中，“1号空间库”长124m、宽84m、高42m，占地面积超过10000m2，是目前国内最高、华南地区最大的充气膜结构建筑，内部展示了光启科学研制的一系列新型空间飞行平台的研发和测试设备。

▲ 光启科学的阿波罗基地

光启科学空间服务产业链

1. 通讯信息服务

2014年9月，光启科学在深圳会展中心与鹏欣环球资源股份有限公司（简称“鹏欣资源”）签署《空间技术咨询服务合同》与《空间服务运营合作协议》，合作项目包括“云端”号中高空浮空器和“旅行者”号临近空间飞行器，计划提供通信覆盖和大数据收集、数据推送等通讯信息服务。同年11月，光启科学、鹏欣资源与刚果民主共和国（亦称“刚果（金））签订了三方战略合作协议，将投资10亿美元，利用颠覆性空间技术及相关创新技术解决方案，在刚果（金）开展互联网接入、矿产勘探开发、救灾、森林保护，以及通信广播等应用服务业务。

2. 太空旅游服务

2014年10月，光启科学与上海宇航系统工程研究所签订了为期5年的全面战略合作协议，以成立股份公司的方式，共同开发和推广载人航天太空舱、空间载人系统及飞行平台等产品。双方还将在应用解决方案研究方面开展合作，包括空间先进结构材料、临近空间载人平台、近地轨道运输器，以及深空探测轨道运输器等领域。此外，光启科学还将与鹏欣资源合作研发载人版的“旅行者”号，共同开发商业太空旅游服务。

3. 空对地监控观测服务

“旅行者”号除可提供通讯信息服务及太空旅游服务外，还可通过长时间的环球旅行，提供全方位的临近空间地球观测服务，收集气象、地质、海洋、航空等观测数据。

光启科学、新西兰航空有限公司及鹏欣资源2014年11月签订了三方合作备忘录，并于2015年6月在新西兰成功放飞“旅行者”号。光启科学负责提供所放飞的临近空间飞行器及所有配备技术和人力；新西兰航空有限公司将协助光启科学取得在新西兰领空放飞临近空间飞行器的空域许可证；鹏欣资源将免费提供放飞场地，并协助光启科学向有关部门申请获得所有临近空间飞行器的放飞许可。

4. 个人喷气飞行器服务

2014年12月，光启科学与专业个人飞行器生产商——马丁飞行喷射包（Martin Jetpack）公司签订投资并购协议，计划通过收购已有股份、认购新股和可换股证券等方式，持有对方52%的股份，实现对该公司的控股。马丁飞行喷射包公司研制的飞行喷射包是世界首款商业化、实用化的飞行喷射包，有载人和无人驾驶两大类产品。载人型又分为专业版和个人版。专业版的目标客户是快速反应部门，个人版则主要用作个人休闲产品。无人型名为“天钩”，可用于重型运输、农业和航拍等领域。首批专业版飞行喷射包计划于2016年交付应急部门客户使用，单台售价超过20万美元；无人版也将于2016年开售；个人版计划于2017年上市销售。

5. 零燃料空中物流服务

2015年4月，光启科学与加拿大太阳能方舟公司签订投资协议和期权协议，将逐步实现对该公司的控股，拓展空中廉价物流业务领域。加拿大太阳能方舟公司的主要业务是设计和制造混合动力货运飞行器，即太阳能方舟。该飞行器采用空气动力学原理及浮力气体飞行，其翼形及大型表面积的设计可充分利用太阳能发电作为飞行动力，是真正的无燃料飞行器。目前，该飞行器主要应用在加拿大北部地区及非洲偏远地区。光启科学计划将其引入我国市场，以此为载体提供极低成本的航空货运服务。

光启科学主要业务与国外项目对比分析

1.“云端”号与“谷歌气球”

目前，美国谷歌公司正在实施热气球Wi-Fi无线网络服务项目——“谷歌气球”。该项目旨在为偏远地区用户提供无线上网服务，其原理是利用谷歌公司目前公开获取的大气数据，对放飞热气球的高度进行上升或下降控制，以便捕捉不同高度的气流，从而进行精确的移动和定位，即使某几个热气球在气流作用下发生移动，但通过总体数量和位置调整，仍可保证热气球在某一区域上空的均匀和稳定分布。谷歌公司的最终目标是利用大批量的热气球，组建一个由太阳能供电的热气球网络，在距离地面20km的高空从东至西均匀分布，为区域内的地面用户提供Wi-Fi无线网络服务。

光启科学在临近空间领域的核心技术在于新材料，超材料设计是该公司的优势技术之一。如何保持氦气球囊体材料的长时间驻空，并让氦气尽可能地减少外泄是其中最为关键的技术。“云端”号浮空器的成功试飞和商用测试，证明了相关技术的可行性。未来，“云端”号浮空器可作为电信基础设施的一部分，与其它平台和网络相结合，提供全方位、多层次的通信服务业务，为港口提供跨时代的近海船舶监控、管理和运营服务，为人烟稀少的地区或对投资敏感的地区提供无线上网和数据推送等服务。

2. 太空旅游业务

英国维珍银河（V i r g i n Galactic）公司是目前世界上主要的太空旅游服务开发商，推出了亚轨道飞行项目。其太空船一号于2003 年5月20日首次飞行，并于2004年10月4日退役。太空船二号于2009 年12月首次推出，是目前主要的产品。该项目利用大型飞机携带太空船二号进行空中发射，将太空船运到约100km的亚轨道。从火箭发动机关闭到太空船再入大气层，乘客会经历约5min的零重力状态，之后太空船将以滑翔方式返回地球，从起飞到着陆共历时约2.5h。

与维珍银河公司利用火箭发射技术的载人航天旅游不同，光启科学将“安全、舒适”作为卖点，其临近空间载人计划是一段类似缆车观光的舒适享受。载人版“旅行者”号是光启科学正在实施的太空旅游服务的核心项目，其采用氦气球升空方式，乘客将在“旅行者”号气囊下悬挂的设施齐全的太空舱里，用大约1h平稳地升到临近空间，再伴随“旅行者”号游览2h，最后用约2h的时间平稳地返回地面。光启科学计划在2015年进行动物实验，并计划于同年开始销售载人太空旅游的门票。

思考与启示

1. 临近空间具有巨大的军民两用价值，市场开发前景广阔

临近空间是指海拔20km～100km的空域，这部分空域空气密度比较稀薄，目前绝大部分的固定翼飞机无法到达此高度，处于临近空间的飞行器受到攻击的可能性较低，而这部分空间的高度远低于一般卫星飞行高度，为情报侦察、收集和通讯提供了有利条件，在军事和商业领域均具有巨大的潜在价值。目前，高速、轻负荷的临近空间飞行器发展相对成熟，但由于技术壁垒及成本原因，低速气球至今尚未实现大规模商业化应用。“云端”号、“旅行者”号等中高空和临近空间通讯信息平台拥有超强的Wi-Fi覆盖能力，若能够成功商用，可提供价格较为低廉的数据传送服务，将颠覆传统通信行业运营商的3G和4G数据传送服务方式，具有广阔的市场前景。此外，临近空间商业太空旅游也是一片待开发的空白市场。航天企业可依托已有的航天技术，注重军用临近空间飞行器技术向民用市场的转化，尤其是蒙皮技术、能源系统、动力系统、悬停技术、控制技术等关键技术的转化，抢占临近空间商业化服务产业链的制高点，拓展新兴产业，助力军民融合深度发展。

2. 临近空间领域开拓存在一定风险，商业化发展面临挑战

“云端”号、“旅行者”号等浮空器利用氦气的浮力升空，无需依赖火箭发射，具有成本低、距离短、衰减小、站址少、可重复使用等优点。但由于临近空间领域的开拓非常前沿，此类浮空器在拥有广袤市场的同时，在技术上也存在一定的风险。高空平均气温较低，加上辐射、随机风场等不利因素，对高空浮空器的总体设计提出了极高的要求，需要攻克诸多关键技术，包括高性能囊体材料研制技术、囊体气动外形的设计技术、高效无污染能源利用技术、升空和回收控制技术、自适应定点控制技术、设备舱温度自动控制技术等。此外，由于热气球、飞艇等飞行器有可能对飞机的飞行航线造成影响，我国法律规定，任何单位必须先向中国民用航空局空中交通管理局申报，经空域审批后才能进行飞行，否则属于非法行为。出于安全考虑，“云端”号等浮空器若要飞临其他国家也面临着一系列的法律监管。因此，此类浮空器更适合以地广人稀的地域作为目标市场。

3. 建立协同创新体系，促进军民融合产业链发展

光启科学致力于在技术及资本层面构建开放式的创新平台，整合社会优势资源，以“自有技术+高成长市场+协同创新”的商业模式，促进空间服务产业链集群式发展。首先，光启科学凭借超材料技术优势，瞄准临近空间商业化服务的高成长市场，巧妙地处理了技术与市场之间的匹配关系，形成了自有技术与商业化需求的有机衔接。其次，实施协同创新战略，有效整合外部优势资源。在技术方面，通过联合开发和兼并收购等方式，借助外部科研机构和企业的技术优势，弥补自身的技术短板。在资金方面，通过借壳上市吸纳社会资本，为临近空间飞行器的研发提供资金支持，与上市公

司签订合作协议，分散技术研发和市场开拓等方面的风险。上述做法为我国航天企业提供了可借鉴的发展思路。

我国航天企业应以创新驱动战略为主要抓手，注重商业模式创新和多主体的协同创新体系建设。对内，整合技术、人才等资源，敏感捕捉市场需求，利用主业的技术优势、集成优势和品牌优势，拓展新领域，挖掘潜在市场，加快军民两用技术的商业化应用。对外，创新合作模式，建立院属单位与高校、科研院所及民营企业的合作开发机制，形成产、学、研、金融等多主体参与的开放型军民两用技术协同创新体系，促进产业转型发展，加快培育一批具有自主知识产权、市场竞争力强、行业带动效应明显的军民融合产业集群，推进军民融合产业链发展。

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军民融合不一样的角度和观点

唐塞丽，任职于中国运载火箭技术研究院研发中心，长期从事军民融合、国有企业改革、品牌管理等方面的研究工作，参与完成了国家自然科学基金、中国航天科技集团公司等的多项课题研究。

蔡闻一，中国运载火箭技术研究院研发中心工程师，长期从事航天发展战略研究工作，参与中国航天科技集团公司、中国运载火箭技术研究院等单位的多项课题研究。

秦 明，工程师，西安电子科技大学党委宣传部副部长，研究方向为信息技术发展及其传播。