一颗卫星的诞生，不一定要靠“发射”

从1957年苏联成功发射世界上第一颗人造地球卫星“斯普特尼克1号”开始，人类迈出了进入太空的第一步。此后的几十年间，航天活动始终被美苏、中国等少数几个国家主导，发展节奏缓慢且集中。从发射首颗卫星到突破第1000颗，人类花费了将近半个世纪。而进入21世纪，随着商业力量的兴起，这一进程显著加速——仅用不到四年，全球便完成了从第5000颗到第10000颗卫星的发射。这一速度的跃升，既是技术突破的结果，也是全球商业航天产业走向成熟的必然趋势。

在这一浪潮中，中国商业航天的发展尤为引人注目。近年来，中国商业航天正由“政策破冰”迈向“产业跃升”，从最初的企业试水、零散布局，逐步形成涵盖火箭、卫星、测控、应用等环节的完整产业链。根据《“十五五”商业航天发展思路与路径》课题研究，中国商业航天产业链生态已进入快速成长期，在政策引导、资本驱动和技术积累的合力作用下，正呈现出从“工程驱动”向“产业驱动”、从“单点突破”向“系统能力”跃迁的全新特征。

回溯过去十年，我国商业航天大致经历了“2015—2020年起步期”和“2020年至今的成长期”两个阶段。起步期的标志性事件是2015年国家出台《国家民用空间基础设施中长期发展规划（2015—2025年）》，这成为商业航天政策破局的信号。蓝箭航天、星际荣耀等民营企业相继成立，打破了由国有主导的行业格局。2019年，星际荣耀成功实现我国首个民营火箭入轨发射，星河动力“谷神星一号”首飞成功，标志着我国商业航天进入“技术触发”阶段。

进入2020年后，商业航天步入快速成长通道。一方面，卫星互联网被纳入“新基建”战略，明确其国家级战略基础设施地位；另一方面，中国星网公司成立，带动上下游企业围绕“星座组网”与“应用落地”展开协同攻关。同时，《关于促进微小卫星有序发展和加强安全管理的通知》等政策密集出台，初步构建起一套政策、标准、监管相互协调的管理体系。火箭方面，力箭一号、捷龙三号等多型火箭先后完成首飞，民营企业也逐渐具备独立研制与发射能力。

2023年以来，中央经济工作会议、政府工作报告连续提及“商业航天”，充分体现国家对该产业的战略重视。截至目前，全国已有17个省市出台40余项商业航天相关政策文件，北京、广东、海南、陕西等地积极推动产业集群建设。地方与中央政策协同共振，进一步激发了产业活力，也推动我国商业航天迈入“由集聚走向集群，由节点走向系统”的跃迁新阶段。

尽管发展态势向好，但当前我国商业航天仍面临多个结构性难题。一方面，在基础设施尚未完全成熟、发射成本尚未有效压降的背景下，商业航天企业普遍面临盈利模式不清晰、资本回报周期长等困境；另一方面，技术门槛高、研发周期长、失败代价大，造成“一命系于发射”的现实困局，极大限制了企业的试错空间与创新活力。

在典型的星座通信项目中，只有当成百上千颗卫星稳定部署后，才能实现全球覆盖与规模化应用，这要求企业在前期承担高强度投入，却迟迟无法形成现金流回报。在这个过程中，任何一次火箭发射失败、星上软件异常或姿轨控制失灵，都可能造成全链条延迟，甚至项目整体中断。行业内部普遍存在“高创业率与高淘汰率并存”的现象，正是上述系统性风险的集中反映。

此外，商业航天产业链的复杂性也显著高于传统制造业。单一卫星产品通常包含多个子系统：通信系统、电源系统、热控系统、姿轨控系统、测控与遥感载荷系统等，各系统之间高度耦合，任何一个环节出错都可能导致整星功能失效。复杂的集成流程决定了传统的线性开发与物理验证手段已无法满足快速、低成本、高可靠性的研制需求。

面对上述问题，数字样机作为一种融合建模、仿真、验证于一体的工程技术体系，为商业航天提供了颠覆式的解题思路。数字样机技术本质上是将卫星、火箭等高端装备的复杂系统在计算机中构建高保真的虚拟模型，通过仿真手段实现从结构分析、功能验证到运行测试的全过程虚拟化，从而替代部分甚至全部物理样机环节，极大降低试错成本与开发风险。

数字样机最早应用于航空制造业，如今已逐步成为高端装备领域的“标配”。在航天领域，特别是在卫星系统研发中，数字样机可用于星上软件验证、姿轨控策略设计、热控负载测试、通信链路模拟等关键环节。其优势不仅在于节省时间与经费，更重要的是能在产品交付前，发现传统试验难以触及的边界条件与极端问题。

例如，在某些复杂任务中，工程团队需验证卫星在极地轨道运行时的太阳能供电策略。传统方法需多轮高原实地测试，不仅周期长、成本高，还受限于天气与地形。而通过数字样机技术，可以在虚拟环境中对任务运行全过程进行建模与仿真，提前预测系统行为并优化控制逻辑，为后续物理测试提供高精度输入，从而实现“精确设计—虚拟测试—敏捷迭代”的闭环开发。

在数字样机技术的支持下，数字卫星概念应运而生。所谓数字卫星，是指以嵌入式星上软件为核心，在仿真环境中构建包括计算单元、姿轨控系统、电源系统等在内的全系统仿真模型，使卫星在“虚拟轨道”中运行、响应并完成任务，从而实现真正意义上的系统级预验证。

数字卫星不仅是卫星在物理发射前的“预演版本”，更是未来在轨运行状态预测、故障诊断与远程维护的基础。通过虚拟化处理器运行星上操作系统与控制软件，同时与动力学模型、热控模型、测控模型等协同集成，构建真实系统的数字映像。在此基础上，开发者可开展“全流程仿真”，包括部署、运行、响应、回传等多个环节，并在任意阶段对系统运行状态进行记录与分析。

在此过程中，国产自主研发的天目全数字实时仿真软件SkyEye扮演了核心角色。SkyEye是一款国产自主的基于可视化建模的硬件行为级仿真平台，支持复杂系统的硬件行为级建模与调度控制。其具备DSP66XX、SPARC等多种处理器架构的指令级仿真能力，可为商业卫星嵌入式系统提供虚拟运行环境，实现星上软件在虚拟处理器中的精准运行。

SkyEye可与多领域分布式协同仿真平台DigiThread 联动，实现动力学模型、姿轨控模型与计算模型的协同运行。整套系统支持超实时仿真，可进行可视化参数调节与故障注入测试，“数字卫星”得以实现。实际应用中，SkyEye构建的数字卫星可实现系统性能提升3倍以上，仿真速度提升5倍，同时支持对任意变量进行动态监控，显著缩短开发周期。

在这一平台之上，开发者可构建覆盖虚拟计算机、传感器模型、执行机构模型、数据链路与控制模型等多个模块的全链路仿真工程，实现真正意义上的“星地一体化仿真测试”，并在星上软件交付前完成完整的闭环验证流程。