谁来掌控万颗卫星？测运控的未来发展
本期作者为西安寰宇卫星李万山、李东、张利民，为大家分享：《谁来掌控万颗卫星？测运控的未来发展》。在航天系统中，卫星星座测运控管理占据着举足轻重的地位。它就像是卫星星座的 “大脑” 与 “神经中枢”，全面负责卫星轨道姿态控制调整、数据接收及健康状态监测等关键任务，以确保卫星星座能够稳定高效运行。可以毫不夸张地说，测运控管理水平高低将直接决定卫星星座的应用效能和价值发挥。
随着商业航天的蓬勃发展，已有众多企业在卫星星座测运控管理领域积极布局、持续创新，并且取得了一系列令人瞩目的成果。我国的航天测控正经历由 “国家任务牵引” 向 “商业市场拓展” 的关键转型。一方面国家级测控体系（如北京航天飞行控制中心）仍承担载人航天、探月工程等核心任务，具有深厚的技术积累；另一方面部分商业航天测控头部企业已实现突破——在2025年已完成十多次发射测控任务，保障了数十颗卫星顺利入轨，占我国新发射商业卫星数量的75%以上，常态化管理卫星200颗以上，成功率保持99%以上；地面站建设方面，国内商业测控企业已建成60余套地面测控站网，支持各种轨道类型航天器测控管理需求，且大口径设备国产化率超90%，基本打破了国外的技术垄断。国内商业航天测控企业的成功实践，不仅彰显了我国商业航天在卫星星座测运控管理领域的强劲实力，也为行业的未来发展奠定了坚实基础。但同时我们也应清醒地认识到，随着卫星技术的飞速发展以及应用需求的日益增长，卫星星座测运控管理面临着前所未有的挑战与机遇，其未来发展趋势值得我们深入探讨与关注。随着人工智能技术的迅猛发展，其在卫星星座测运控管理中的应用正日益广泛且深入，成为提升测运控管理效率与精度的关键力量。在卫星数据处理方面，通过机器学习、深度学习等人工智能技术，可以对缺失及误码的卫星数据进行智能化填充及纠正，从而保证卫星数据的完整性及正确性，为后续的数据处理分析奠定坚实基础。在智能故障诊断方面，机器学习、深度学习也能大显身手。通过对卫星海量历史数据及实时数据的深度挖掘分析，能够精准识别卫星系统潜在故障，从而实现早期预警。以某卫星星座为例，在采用基于深度学习故障诊断模型后，故障检测准确率大幅提升至95%以上，故障预警时间提前了数小时甚至数天，为故障排查与修复争取了宝贵时间，从而有效降低了卫星故障带来的损失和风险。卫星任务规划同样离不开人工智能助力。强化学习算法能够综合考虑卫星轨道、能源状态、任务优先级以及地面用户需求等多方面因素，快速制定出最优任务顺序和资源分配方案。在一次复杂的多卫星协同观测任务中，运用强化学习算法进行任务规划，不仅使观测任务效率提高了20%，还将卫星能源利用率提升了15%，大幅提升了任务执行及资源利用效率。不仅如此，人工智能还在卫星轨道姿态调整控制等方面发挥着重要作用，通过人工智能手段分析卫星状态和环境信息，实现卫星精确控制，确保卫星始终处于最佳运行及工作状态。随着星载计算机能力持续提升，星座自主管理具备了坚实的物质基础。以往，卫星关键操作高度依赖地面指令，而由于星地信息传输延迟及地面站覆盖范围有限，从而严重制约了卫星突发情况应对能力及任务执行灵活性。如今，随着星载计算机性能的飞跃，卫星具备了更强的数据处理和分析决策能力，能够在星上自主完成诸如轨道维持、姿态调整、故障诊断处置等关键任务。例如，当卫星遭遇空间碎片威胁时，自主控制系统可迅速计算最佳规避策略并自主执行，及时消除碰撞风险，从而大幅提升卫星的安全性、可靠性。在深空探测任务中，由于距离遥远，信号传输延迟严重，卫星自主控制能力更加至关重要。自主控制不仅显著降低了地面管控压力。还可释放出大量的人力资源进行测控新技术的研究与探索。同时随着卫星性能的提升，大部分载荷数据可完成在轨自主处理，仅将数据处理结果及关键信息通过地面站下传，从而有效缓解星地时延及地面站网覆盖能力有限等瓶颈问题，通过卫星自主管理模式，可有力推动航天任务向更深远、更复杂的领域拓展。在早期卫星星座测运控管理中，服务模式主要聚焦于平台及载荷，即围绕卫星平台及其搭载的各类有效载荷展开。在该模式下，测运控管理工作主要是保障卫星平台稳定运行及各类载荷设备正常工作，如通信卫星正常转发信号、遥感卫星按计划获取图像等。这种模式在卫星数量较少、应用场景相对单一时期，发挥了重要作用，它能够集中精力对卫星平台和载荷进行精细管控，满足特定任务需求。但随着商业航天的蓬勃发展，卫星星座规模不断扩大，应用场景也日益丰富多样。卫星不再局限于传统的通信、导航和遥感领域，还广泛应用于物联网、气象监测、海洋观测、灾害预警等多个领域，为不同行业和用户提供服务。在这样背景下，以平台载荷为核心的测运控管理服务模式逐渐暴露出其局限性，难以满足多样化数据需求和高效服务要求。在此形势下，测运控管理服务模式正逐步向以数据业务为核心转变。这种转变意味着，测运控管理工作重点从单纯保障平台载荷运行，转向对数据全生命周期管理，包括数据采集、传输、存储、处理、分析以及分发等各个环节。通过构建实时高效的数据管理体系，能够实现对海量数据快速处理和精准分析，为用户提供更具针对性、时效性的数据产品和服务。以某商业遥感卫星星座为例，在新服务模式下，测运控管理系统能够根据用户农业监测、城市规划、资源勘探等不同需求，灵活调整卫星观测任务和数据采集策略，获取满足特定需求的高分辨率遥感数据。同时，利用先进数据处理分析技术，对所采集到数据进行快速处理和深度挖掘，为用户提供诸如农作物长势评估、城市土地变化监测、矿产资源分布分析等专业化数据产品和服务，极大提升数据应用价值和服务效率。服务模式向数据业务转变，也促进了卫星星座与其他行业深度融合。通过与物联网、大数据、人工智能等新兴技术结合，卫星星座能够为智慧城市、智能交通、智能农业等领域提供更全面、更深入的数据支持和服务。例如，在智能交通领域，通过卫星星座可以实时获取车辆位置、行驶速度等信息，为交通管理部门提供交通流量预测、拥堵预警等服务，助力城市交通智能化管理。为实现对卫星星座的全时段测控覆盖，众多商业航天企业正积极投身于全球测控站网布局建设，构建覆盖全球的测控能力。这种全球化站网布局，宛如一张紧密大网，让卫星无论运行至地球哪个角落，都始终处于地面测控系统“视野”之内，从而确保测控数据实时获取和控制指令的及时发送。全球站网布局在提升应急响应能力方面发挥着关键作用。当卫星突发故障时，遍布全球的测控站网能够迅速响应，第一时间对卫星进行跟踪监测和故障诊断，最大程度消除故障，从而有效延长卫星工作寿命。在商业航天领域，跨界合作与国际合作正成为不可阻挡的发展潮流。商业航天企业与科研机构之间的合作日益紧密，形成了优势互补、协同创新的良好局面。科研机构凭借深厚的科研实力和前沿成果，为企业提供关键技术支持和创新思路；企业则通过科研成果转化推动技术的商业化应用和产业发展。科研机构在理论研究和关键技术突破方面发挥了重要作用，而企业则负责技术的工程化实现和产品市场推广，双方的紧密合作加速了新型卫星技术的研发进程，并使其迅速应用于商业卫星领域，有效提升企业市场竞争力。探索国际合作新方向。我国商业航天企业积极与国际伙伴携手，共同推进卫星星座测运控管理项目。通过国际合作，企业不仅能够整合全球资源，充分利用各国在技术、人才、市场等方面的优势，还能在合作过程中学习借鉴国际先进经验和技术，推动自身技术创新和管理水平的提升。同时，国际合作还有助于制定统一的国际标准，促进全球商业航天市场的规范化和协同发展。确保不同国家和地区的卫星通信系统能够互联互通，为全球卫星通信市场的健康发展奠定了基础。随着卫星星座规模的持续扩张，卫星数量呈现出爆发式增长，这无疑给测运控管理带来了巨大压力。以SpaceX星链计划为例，截至目前，其已部署超过7000颗卫星，而我国的GW星座、千帆星座等也在紧锣密鼓地推进中，未来卫星数量还将大幅增加。如此庞大数量的卫星，使得轨道频率资源愈发紧张，如何在有限的资源条件下，实现卫星合理布局与高效运行，成为了亟待解决的难题。与此同时，不同国家和企业在卫星星座建设过程中，采用的技术标准和通信协议各不相同，这严重阻碍了卫星之间以及卫星与地面系统之间的互联互通。例如，在卫星通信频段使用上，不同国家和企业存在差异，导致信号干扰问题时有发生，从而降低了通信质量和效率。这种技术标准不统一情况，不仅增加了测运控管理复杂性和成本，还限制了全球卫星星座系统的协同发展。空间碎片问题同样不容忽视。据统计，目前地球轨道上约有1亿个直径大于1毫米的空间碎片，以及数十万个直径大于1厘米的空间碎片。这些空间碎片以极高的速度在太空中飞行，一旦与卫星发生碰撞，将对卫星造成严重损坏，甚至导致卫星失效。例如，2009年美国铱星33号与俄罗斯已报废的宇宙2251号卫星在轨道上相撞，产生了大量碎片，进一步加剧了空间碎片环境的恶化。空间碎片的存在，不仅对卫星的安全运行构成了严重威胁，也增加了测运控管理的难度和风险，需要建立更加完善的空间碎片监测与预警系统，以及有效的避障策略和碰撞应对措施。尽管面临诸多挑战，但这些挑战也为卫星星座测运控管理带来了前所未有的发展机遇。为了解决卫星数量激增带来的管理难题，对新技术研发的需求变得极为迫切，这将有力推动人工智能、大数据、云计算、量子通信等前沿技术在测运控管理领域的深度应用。通过这些新技术的融合创新，有望实现对海量卫星数据的高效处理和分析，提升测运控管理智能化水平和自动化程度，从而降低管理成本，提高管理效率和精度。随着商业航天市场的不断拓展，对卫星星座测运控管理服务的需求也在持续增长。这为相关企业提供了广阔的市场发展空间，促使企业加大研发投入，提升技术水平和服务质量，以满足市场多样化需求。同时，市场竞争的加剧也将推动行业整合与优化，促进企业之间合作与创新，形成更加完善的产业生态系统。例如，一些企业通过与科研机构合作，共同开展关键技术研发，加速技术成果的转化和应用；一些企业则通过并购重组，实现资源优化配置，提升企业综合实力和市场竞争力。卫星星座测运控管理的未来发展趋势，犹如一幅波澜壮阔的宏伟画卷，正徐徐展现在我们眼前。智能化与自主化技术的深度融合，将使卫星星座拥有更加敏锐的“感知力”、更强大的“思考力”和更高效的“执行力”，能够在复杂多变的太空环境中更加稳健运行。服务模式向数据业务转变，将进一步释放卫星星座数据价值，推动其与各行业深度融合，为经济社会发展注入新活力。全球布局与合作持续推进，将构建起一个覆盖全球、互联互通的测控网络，让人类在探索宇宙的征程中携手共进，共同开拓更加广阔的空间。卫星星座测运控正走向智能化、自主化、数据化和全球化，这些趋势将决定商业航天的未来。挑战虽多，但机会更大。对于中国企业来说，现在就是布局和突围的最佳时机。未来，卫星星座测运控管理必将在航天事业中发挥更加重要的作用。李万山，西安寰宇卫星公司副总经理、高级工程师、陕西省宇航协会商业航天专委会副主任委员。原就职于西安卫星测控中心，曾参与神舟六号至神舟十号载人航天以及空间交会对接任务，嫦娥一号至嫦娥五号卫星和十余颗国家重大卫星的测控任务；在神舟八号任务中荣立个人三等功，在嫦娥五号返回任务中荣获国防科工局颁发的突出贡献个人称号，在卫星测控领域具有丰富的顶层设计和软件工程经验。李东，西安寰宇卫星公司卫星长管中心副主任、高级工程师。张利民，西安寰宇卫星公司党委副书记、董事、总经理，高级工程师。
