微小衛(wèi)星，別看它身材小但是本領(lǐng)大，不僅可以各自為政還可以協(xié)同合作，近年來迅速崛起，成為航天領(lǐng)域技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展的一支重要力量，發(fā)展前景可謂是“小衛(wèi)星大未來”。那么什么是微小衛(wèi)星，它有哪些用途，什么樣的獨特魅力讓它迅速備受矚目。本期學(xué)姐帶你一起來了解微小衛(wèi)星。

　　自蘇聯(lián)于1957年10月4日發(fā)射了第一顆人造地球衛(wèi)星Sputnik以來，衛(wèi)星得到了廣泛的應(yīng)用。衛(wèi)星家族也變得越來越龐大，并且用途不一，形狀各異，大小也相距甚遠。

　　20世紀90年代初，隨著微電子、現(xiàn)代通信、微機械、計算機技術(shù)、吸能材料和新能源的發(fā)展以及對空間環(huán)境的日益深入了解，衛(wèi)星輕量化的趨勢愈加明顯，微小衛(wèi)星技術(shù)已成為航天科技中的新領(lǐng)域。

　　衛(wèi)星有多種分類方法，微小衛(wèi)星是按重量劃分的一種叫法。一般國際上將質(zhì)量在500kg以下的衛(wèi)星統(tǒng)稱為微小衛(wèi)星，進一步細分，又可分為以下4類：小衛(wèi)星（質(zhì)量在500～100kg之間），微衛(wèi)星（質(zhì)量在100～10kg之間），納衛(wèi)星（質(zhì)量在10～1kg之間），皮衛(wèi)星（質(zhì)量在1～0.1kg之間），飛衛(wèi)星（質(zhì)量小于0.1kg）。

　　微小衛(wèi)星是有明確用途的新一代衛(wèi)星，主要特點有：重量輕、體積小、成本低（數(shù)千萬人民幣量級）、可以標準化生產(chǎn)、研制周期短（一年左右）、軌道低、發(fā)射方式靈活（既可與大衛(wèi)星一起發(fā)射也可一箭多星發(fā)射，或通過空間站部署）、生存能力強、風險小，還有一點就是它的技術(shù)含量相當高；微小衛(wèi)星還可以進一步組網(wǎng)，就是以分布式的星座形成“虛擬大衛(wèi)星”，從而可以實現(xiàn)一些傳統(tǒng)大衛(wèi)星復(fù)雜的功能。正是由于這些特點，微小衛(wèi)星已經(jīng)受到了各方面尤其是經(jīng)費有限而技術(shù)力量雄厚的大學(xué)的廣泛關(guān)注,并得到了迅速發(fā)展。

　　在應(yīng)用方面，微小衛(wèi)星可用于通訊、導(dǎo)航、對地觀察、科學(xué)試驗和深空探測。在低軌衛(wèi)星通信、全球?qū)?、科學(xué)探測等方面，微小衛(wèi)星的應(yīng)用已占據(jù)重要位置。

　　航天科技正逐步從軍事應(yīng)用轉(zhuǎn)向經(jīng)濟建設(shè)領(lǐng)域，商業(yè)運作則促使航天科技必須降低成本、提高效益。然而傳統(tǒng)的大型人造衛(wèi)星，費用需要上億美元，這是許多國家難以承受的。相比之下，僅需要數(shù)千萬人民幣成本的微小衛(wèi)星便吸引了全世界許多高校和科研機構(gòu)的積極參與，形成了一支巨大科研力量，并且相互競爭，從而使技術(shù)水平快速提高。目前我國參與微小衛(wèi)星研發(fā)的機構(gòu)主要有中國科學(xué)院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院、清華大學(xué)、浙江大學(xué)、南京航空航天大學(xué)等。

　　經(jīng)過最近10年的高速發(fā)展，微小衛(wèi)星的各方面能力可以說已經(jīng)有了特別大的進展。

　　首先，信息技術(shù)的發(fā)展也促進了航天技術(shù)的發(fā)展。比如隨著芯片技術(shù)、電子設(shè)備、計算機和信息技術(shù)的發(fā)展，以及其產(chǎn)品與設(shè)備的性價比日益提高，使得微小衛(wèi)星就能夠充分利用這些產(chǎn)品，讓新一代微小衛(wèi)星在體積和質(zhì)量在減小的同時，性能和應(yīng)用能力卻得到大幅提升。這可是微小衛(wèi)星的物質(zhì)基礎(chǔ)。

　　另外，得益于太陽電池片效率的提升和電子產(chǎn)品小型化的發(fā)展，微小衛(wèi)星的供配電系統(tǒng)性能也得到很大提高。目前，太陽電池的效率達到２９％~３３％，鋰離子和鋰聚合物蓄電池的比能達到了250·W·h·kg-1；電源控制系統(tǒng)也達到了最佳電源功率分配使用，合理充放電，使電源達到最好使用狀態(tài)。若將來進一步發(fā)展，石墨烯電池能用于衛(wèi)星的話，那么星上電源的提升就更大了。

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　　目前，搭載發(fā)射和一箭多星已成為其發(fā)射的主要方式，例如2015年我國利用長征六號火箭成功實現(xiàn)１箭20星發(fā)射，這種密集的發(fā)射模式降低了微小衛(wèi)星的發(fā)射成本，提高了大規(guī)模批量化部署的能力，進一步推動了微小衛(wèi)星的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展；2017年11月21日12點50分，長征六號運載火箭第二次成功發(fā)射，“一箭三星”將吉林一號視頻4~6衛(wèi)星成功送入預(yù)定軌道。

　　另外，空間站釋放也成為了發(fā)射微小衛(wèi)星的一種選擇，美國行星（Ｐｌａｎｅｔ）公司（原行星實驗室公司，于2016年６月更名）就利用國際空間站多次釋放了大量的皮衛(wèi)星。針對逐漸增長的微小衛(wèi)星發(fā)射需求，眾多宇航公司也在專門研制低成本小型運載器，例如我國長征六號運載火箭。

　　此外，飛機和退役火箭也可以改造成為發(fā)射微小衛(wèi)星的運載工具，最典型實例是美囯國防先進研究計劃局DARPA提出采用火箭裝上多顆微型衛(wèi)星搭載在飛機上，然后從飛機上釋放出火箭最后由火箭把衛(wèi)星射入軌道，發(fā)射不受地理條件的限制，此計劃稱為“空中發(fā)射輔助太空進入”,并已經(jīng)開始實施。

　　微小衛(wèi)星研制周期短、成本相對較低的特點，使其成為商業(yè)投資的最佳切入點。例如眾多商業(yè)遙感公司的目標是發(fā)展大量的微衛(wèi)星并應(yīng)用到更廣泛的領(lǐng)域，包括油氣資源勘探、自然災(zāi)害預(yù)報、城市規(guī)劃農(nóng)業(yè)監(jiān)測、交通導(dǎo)航和環(huán)境監(jiān)測等。隨著微小衛(wèi)星技術(shù)的進一步發(fā)展，以及與商業(yè)的深入融合，商業(yè)化將有可能成為推動空間技術(shù)發(fā)展的重要動力。

　　星座組網(wǎng)、編隊飛行是微小衛(wèi)星發(fā)揮效能的重要途徑，也是未來微小衛(wèi)星應(yīng)用的主要趨勢。由多個衛(wèi)星按不同的軌道位置布置而形成小衛(wèi)星星座運行，可以提高飛行任務(wù)的時間分辨率，乃至實現(xiàn)全球的實時覆蓋；由多顆小衛(wèi)星保持相對位置編隊飛行并且其觀測到的信號可以相干處理，則可以形成虛擬探測衛(wèi)星，完成大型衛(wèi)星無法實現(xiàn)的新應(yīng)用。

　　微小衛(wèi)星通信星座。采用眾多微小衛(wèi)星（甚至幾百顆）可以連續(xù)無縫覆蓋全球，衛(wèi)星又處在低軌道，通信發(fā)射功率降低近三個數(shù)量級，為此地面通信收發(fā)設(shè)備的體積、質(zhì)量和功耗需求大大降低，例如智能手機、計算機、簡易移動通信收發(fā)設(shè)備都可以加入星座實現(xiàn)通信業(yè)務(wù)。

　　編隊飛行，利用幾顆微小衛(wèi)星實現(xiàn)編隊飛行可以獲得單顆衛(wèi)星無法獲得的結(jié)果。例如如全球三維定位系統(tǒng)采用20顆電子偵察衛(wèi)星，分成５組，每組４顆衛(wèi)星實現(xiàn)編隊飛行；根據(jù)時差與頻差綜合定位原理，對地面雷達站位置可獲得0.5km的三維定位精度。

　　微小衛(wèi)星代表了航天領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展，將是航天新技術(shù)和新思想的活躍地帶，其潛力不言而喻。然而，微小衛(wèi)星的快速發(fā)展在帶來技術(shù)變革和創(chuàng)新前景的同時，也可預(yù)見到大規(guī)模微小衛(wèi)星系統(tǒng)的發(fā)展可能也會帶來一些問題，比如其對太空秩序和相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域的影響。

　　由于微小衛(wèi)星集中于低軌道，發(fā)射量大，且壽命相對較短，如果處理不當則會造成空間碎片隱患，會對空間安全造成一定的影響，另外部分在軌微小衛(wèi)星可能會存在未按規(guī)定占用軌位工作頻率等問題。微小衛(wèi)星未來將更加市場化和大眾化，如何規(guī)范軌道及頻率資源的申請和占用，將會成為一個國際性問題。

　　此外，大規(guī)模的組網(wǎng)運行模式，以及不斷增加的用戶數(shù)和任務(wù)量，對傳統(tǒng)的衛(wèi)星運行控制系統(tǒng)提出挑戰(zhàn)。大量分散式運控系統(tǒng)的運行和用戶指令的發(fā)布，將會帶來行業(yè)管理、配套產(chǎn)品市場規(guī)范等新應(yīng)用模式下的新問題。

　　微小衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)的迅速崛起是航天發(fā)展的時代所需，它引領(lǐng)的是一種全新的航天科技創(chuàng)新及研制生產(chǎn)模式，開創(chuàng)了新的航天應(yīng)用的運營模式，使航天應(yīng)用不再單獨服務(wù)于國防及前沿科技探索，同時也服務(wù)于大眾，融入每一個人的生活，使得生活更加信息化、智能化 。

　　[1]李明.微小衛(wèi)星發(fā)展的若干思考[J].航天器工程， 2016（6）：1-5

　　[2] 林來興，張小琳. 迎接”軌道革命”——微小衛(wèi)星的飛速發(fā)展[J].航天器工程， 2016（4）：97-105

　　[3] 詹亞鋒，馬正新，曹志剛. 現(xiàn)代微小衛(wèi)星技術(shù)及發(fā)展趨勢[J].電子學(xué)報，2000（7）：102-106

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