20世紀50年代以來，人造地球衛(wèi)星形成了通信、氣象、導(dǎo)航、資源環(huán)境、軍事偵察和科學研究等系列，并向高性能、高集成方向發(fā)展。衛(wèi)星功能的綜合集成和衛(wèi)星質(zhì)量的不斷提升，加之火箭運載能力的不斷提高，為大衛(wèi)星的發(fā)展提供了技術(shù)基礎(chǔ)。隨著衛(wèi)星技術(shù)與應(yīng)用的不斷發(fā)展，在降低衛(wèi)星成本、減少風險的同時，加快衛(wèi)星開發(fā)研制周期也被提到了議事日程上。特別是對于執(zhí)行單一任務(wù)的專用衛(wèi)星以及衛(wèi)星組網(wǎng)，開發(fā)投資小、見效快的衛(wèi)星技術(shù)更是迫在眉睫，小衛(wèi)星技術(shù)因此應(yīng)運而生。根據(jù)人造衛(wèi)星的質(zhì)量，500千克以上的被稱為“大衛(wèi)星”，500千克以下的為“小衛(wèi)星”。小衛(wèi)星又分成4個等級：100～500千克為小型衛(wèi)星，10～100千克為微型衛(wèi)星，1～10千克為納米衛(wèi)星，0.1～1千克為皮衛(wèi)星（又稱為“立方體星”）。

　　別看小衛(wèi)星質(zhì)量小，含金量可不低。它們運用的是高度集成化技術(shù)和自動化技術(shù)，裝備有能源、通信、星上數(shù)據(jù)處理和衛(wèi)星姿態(tài)控制等系統(tǒng)，實現(xiàn)了星上控制與處理計算機小型化。完成小衛(wèi)星的設(shè)計、制造、發(fā)射、在軌運行全過程，耗時一般不到一年，包括發(fā)射在內(nèi)的價格約3000萬元。它們不一定需要固定的發(fā)射塔，可在飛機上等地點發(fā)射，十分靈活。小衛(wèi)星不僅物美價廉，而且風險很小，使用壽命一般超過10年。它們用途廣泛，可用于通信、對地觀測、空間遙感、氣象觀測、海洋探測和科學研究等各個領(lǐng)域。其中，利用小衛(wèi)星進行移動通信，已成為當今發(fā)展的熱點。此外，它們還能根據(jù)軍事需要快速研制，快速發(fā)射，及時投入使用，滿足戰(zhàn)時的特殊要求。

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　　微電子技術(shù)的進步、輕型材料的研制以及高功率太陽能電池的問世，保證了衛(wèi)星研制的小型化和微型化，使得開發(fā)出來的衛(wèi)星具有體積小、重量輕、能耗小、可靠性高等特點。納米技術(shù)的發(fā)展和掃描隧道顯微鏡加工技術(shù)的應(yīng)用，使科研人員有條件進行原子和分子量級的加工，制造出各種微型機電設(shè)備。在小衛(wèi)星技術(shù)發(fā)展的早期，納米衛(wèi)星只被用于做些簡單的空間實驗，皮衛(wèi)星幾乎僅作為物理概念存在，發(fā)射數(shù)量極少。1999年，美國斯坦福大學教授湯姆·肯尼根據(jù)對皮衛(wèi)星多年研究積累的經(jīng)驗，提出了一種新概念的皮衛(wèi)星，它呈正立體，質(zhì)量為1千克，結(jié)構(gòu)尺寸為10厘米×10厘米×10厘米，被稱為“1個立方體星單元”，若干個單元可以組成納米衛(wèi)星。

　　在皮衛(wèi)星概念誕生之時至2003年的3年多時間里，全球約有60～70所大學和研究機構(gòu)加入到開發(fā)皮衛(wèi)星的行列中，其中包括美國波音公司空間研究中心、美國宇航局和艾姆斯研究中心等。研制皮衛(wèi)星經(jīng)濟成本低，周期短，不需要大型的實驗設(shè)施和高跨度廠房，并且技術(shù)易于更新，能實現(xiàn)標準化和模塊化。從2003年至今，全世界發(fā)射了200多顆皮衛(wèi)星，失敗的不到10%，其中還有不少是運載火箭及其分離機構(gòu)故障造成的。

　　皮衛(wèi)星因具備發(fā)射不需要使用高成本運載工具和應(yīng)急反應(yīng)快等優(yōu)勢，被航天科技界稱為緊急狀態(tài)下的“突擊隊”。我國是地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)的國家，在應(yīng)急救援和搶險救災(zāi)時期，皮衛(wèi)星可以擔當起應(yīng)急通信和地形勘測等多項職責。它們適合大批量地生產(chǎn)和發(fā)射，形成衛(wèi)星群。我們可以把每一顆皮衛(wèi)星視為一塊“積木”，單獨看功能比較單薄，但是就像“搭積木”一樣，當皮衛(wèi)星批量發(fā)射形成衛(wèi)星群后，就能發(fā)揮重要的作用。比如，在500～600千米高度的軌道上，衛(wèi)星環(huán)繞地球一圈約100分鐘，單顆衛(wèi)星可能需要兩三天才能重訪同一個地方。但由24顆皮衛(wèi)星組成的衛(wèi)星集群，在1～2分鐘之內(nèi)就可以重訪任意一個點。

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　　自2000年起，浙江大學微小衛(wèi)星研究中心致力于皮納衛(wèi)星技術(shù)的研究，開展皮納衛(wèi)星整星、測控通信、姿軌控制、星間通信及編隊組網(wǎng)等領(lǐng)域的研究工作，開創(chuàng)了我國皮衛(wèi)星領(lǐng)域的研究，有力推動了國內(nèi)該領(lǐng)域的發(fā)展?！捌ば侨朅星”是浙江大學微小衛(wèi)星研究中心自主研制且在軌運營的第5顆皮衛(wèi)星，代表著我國航空航天事業(yè)的新生力量。2020年6月17日，在甘肅酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心，它和“高分九號03衛(wèi)星”及“和德五號衛(wèi)星”一起，由“長征二號丁”運載火箭送入預(yù)定軌道，對多模式測控應(yīng)答機和星載綜合電子系統(tǒng)等皮納衛(wèi)星技術(shù)進行在軌試驗。

　　“皮星三號A星”身形輕盈嬌小，由一個邊長25厘米的立方體主體和一個直徑30厘米的球形載荷組成，體積與2個籃球相近，總重量僅20千克。別看它個子不大，用處卻不小，主要功能是雷達標校，因此也被稱作“雷達標校星”。它就像是太空中的一把“尺子”，只不過測量的對象不是生活中的小物件，而是衛(wèi)星地面站的位置和相對距離。

　　浙江大學微小衛(wèi)星研究中心最早研制的“皮星一號”是一對孿生衛(wèi)星，它們填補了我國在皮衛(wèi)星研究領(lǐng)域的空白?！捌ば且惶枴泵?6分鐘繞地球一圈，每天與西安衛(wèi)星測控中心保持一次通信聯(lián)系，并傳回衛(wèi)星軌道定位和健康管理數(shù)據(jù)等信息。“皮星二號”和“皮星三號”2顆皮衛(wèi)星不僅功能更復(fù)雜，而且體積小、能量大，載荷能夠達到50%，即自重20千克卻能承擔10千克及以上的載荷。而大衛(wèi)星的載荷為30%。

　　在我國航天事業(yè)中，出現(xiàn)了許多“功勛卓著”的衛(wèi)星。2018年5月21日，“嫦娥四號”探測器的中繼星“鵲橋號”在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射成功。同年12月8日，又成功發(fā)射了“嫦娥四號”探測器。2019年1月3日，我國實現(xiàn)了人類探測器在月球背面首次軟著陸。這期間，“鵲橋號”給“嫦娥四號”探測器提供通信支持。依靠它提供的數(shù)據(jù)鏈路的支撐，睡了醒、醒了又睡的“玉兔二號”月球車才能在遙遠的月球背面進入更長的工作周期。2019年4月6日，當陽光再次鋪灑在“嫦娥四號”探測器和“玉兔二號”月球車上，它們分別于當日21時43分和3時54分結(jié)束月夜休眠，受光照自主喚醒進入第29月晝工作期。與“鵲橋號”衛(wèi)星一起發(fā)射升天的還有一個微型衛(wèi)星，名叫“龍江二號”。盡管它貌不驚人，然而卻毫不遜色，創(chuàng)造了震驚世界的奇跡。

　　自20世紀80年代以來，國外率先進行微型衛(wèi)星的研究工作。從20世紀90年代起，我國也開始著手微型衛(wèi)星的自主研發(fā)?！褒埥枴毙l(wèi)星由哈爾濱工業(yè)大學研制，雖然它的質(zhì)量只有47千克（其中15千克是燃料），主體只有2個家用微波爐大?。?65×570×420毫米），但設(shè)計有全新的推進系統(tǒng)、星箭分離系統(tǒng)和天線結(jié)構(gòu)等?！褒埥枴毙l(wèi)星發(fā)射成功后，成為全球首個獨立完成地月轉(zhuǎn)移、近月制動、環(huán)月飛行的微型衛(wèi)星。在軌期間，它共計完成30次拍攝成像，成功拍攝出清晰的月球雨海局部影像圖，完成波斯灣、紅海、地中海、阿拉伯半島等區(qū)域的地月合影等多幅科學探測圖像。中東多國對它取得的這些豐碩成果贊嘆不已。

　　特別值得一提的是，“龍江二號”衛(wèi)星于2019年2月3日拍攝的一幅“地月相擁”圖像，登上了《科學》雜志。這張月球與地球同框、擁有完整月球背面的圖像在國外流傳甚廣?！堵槭±砉た萍荚u論》等外媒對此進行的追蹤報道稱：“我們曾經(jīng)見過它，但從未像今天這樣興奮，這應(yīng)該是有史以來最棒、最清晰的照片！”一些媒體甚至稱其“讓人想起美國宇航局（NASA）的阿波羅8號’任務(wù)中拍攝到的一張著名圖片——地球升起’”。哈爾濱工業(yè)大學研究團隊在描述“地月相擁”的拍攝過程時這樣寫道：“當龍江二號’衛(wèi)星到達月球附近時，需要將其運行速度降下來，這樣就自然被月球捕獲成為月球的一顆衛(wèi)星。通過精準的控制調(diào)整衛(wèi)星，將相機對準目標，從而成功完成了拍攝?！?

　　“龍江二號”衛(wèi)星在太空實際工作了437天，超過預(yù)定1年的設(shè)計壽命。在它以優(yōu)異成績完成任務(wù)后，國家航天局決定將其受控撞月，結(jié)束其使命。它在成功脫離運行軌道后，在月球表面墜毀。整個受控撞月過程順利，為探月任務(wù)畫上了一個圓滿的句號。根據(jù)圖像資料，它在月球表面形成了一個大約4 ×5米的撞擊坑，這個撞擊坑與科學家預(yù)計的撞擊地點偏差不大，僅為328米。業(yè)余科學家丹尼爾·埃斯特維茲一直跟蹤“龍江二號”衛(wèi)星的進展。在“龍江二號”墜毀后，他通過一系列的運行資料及精密計算找到了它在月球的精確墜毀點：位于月球表面康斯坦汀諾夫隕石坑東南部的一處火山口中。如今，“龍江二號”衛(wèi)星的成就已可列入“明星”衛(wèi)星行列，它的低質(zhì)量及高精度的表現(xiàn)，為國際空間探測衛(wèi)星的研制及發(fā)展提供了更低成本的選擇。

　　據(jù)世界銀行數(shù)據(jù)表明，目前地面物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)在陸地的覆蓋率僅為20%，而在海洋的覆蓋率則不到5%。在人跡罕至卻又需要通信的區(qū)域，建設(shè)基站和鋪設(shè)線路難度大，成本高，降低了實現(xiàn)“萬物互聯(lián)”的可能性。而衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)不受地理和氣候環(huán)境的影響，能夠突破因地面基站所不能及而帶來的物聯(lián)網(wǎng)覆蓋限制，具備全天候的服務(wù)能力。據(jù)美國權(quán)威衛(wèi)星行業(yè)咨詢公司NSR預(yù)測，2022年將有1億～2億臺物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備有接入衛(wèi)星的需求。另據(jù)麥肯錫公司預(yù)測，天基物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)值在2025年可達5600億～8500億美元。

　　近年來，物聯(lián)網(wǎng)向太空進軍的勢頭開始增強，全球十多家初創(chuàng)公司的上百顆微型衛(wèi)星陸續(xù)發(fā)射升空。他們沒有與亞馬遜和太空探索技術(shù)公司等大企業(yè)正面競爭，而是使用只需耗資數(shù)千萬美元的微型衛(wèi)星組成的網(wǎng)絡(luò)，向家庭和企業(yè)提供直接服務(wù)。專家指出，這種新興微型衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)能促成真正的全球“物聯(lián)網(wǎng)”。

　　拉庫納太空公司是一家英國衛(wèi)星通信提供商。這家小型初創(chuàng)公司首先在英國哈維爾的歐洲航天局企業(yè)孵化中心對新興微型衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)進行研究開發(fā)，然后制造出低成本的微型衛(wèi)星。目前，該公司已有3顆通信衛(wèi)星在軌運行，還有2顆正在進入軌道的途中。每顆衛(wèi)星大約只有一個公文包大小，衛(wèi)星平臺和天線分別由納米衛(wèi)星集成商——納米航空電子公司和牛津航天系統(tǒng)公司提供。微型衛(wèi)星利用長距離無線電通信廣域網(wǎng)與地面上的設(shè)備連接，可以方便地實現(xiàn)設(shè)備終端的數(shù)據(jù)互聯(lián)并輸送到網(wǎng)絡(luò)中，再經(jīng)過互聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)椒?wù)器，相應(yīng)的應(yīng)用客戶端可以從中獲取數(shù)據(jù)。在偏遠地區(qū)，電力是一種稀缺資源，因而傳統(tǒng)的連通性在商業(yè)上是不可行的。而微型衛(wèi)星可以在將“物”的連通性擴展到偏遠地區(qū)方面發(fā)揮重要作用。該公司正著手在近地軌道部署一個由32顆納米衛(wèi)星組成的星座，以形成拉庫納網(wǎng)絡(luò)，隨時覆蓋整個地球。

　　此外，荷蘭的智慧公園公司也利用長距離無線電通信廣域網(wǎng)，將犀牛和大象與某個巨型動物網(wǎng)相連。這對野生動物保護區(qū)的管理人員來說很有用，因為他們需要對這些動物進行監(jiān)測，以防偷獵，并且在動物游蕩到國家公園以外的地方時，及時把它們趕回去。他們在馬拉維測試的一種大象項圈與那里的長距離無線電通信廣域網(wǎng)地面站連接，同時也能與拉庫納的衛(wèi)星連接。一旦衛(wèi)星群全面部署，公司將利用這種項圈追蹤進入沙漠、森林和在非洲南部國家之間跨境的動物。在那些偏僻的地方，沒有其他的無線信號。長距離無線電通信廣域網(wǎng)系統(tǒng)需要的耗電量相對較少，非常適合安裝在大象項圈上。