中國高分一號遙感衛(wèi)星

　　美國將于2014年發(fā)射凱克衛(wèi)星1號納星，然后用該星在軌釋放200顆名為“精靈”的芯片衛(wèi)星

　　PhoneSat2.0手機衛(wèi)星

　　新聞背景

　　近些年，國際上小衛(wèi)星技術不斷取得突破發(fā)展，小衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)也越來越熱。前不久，美國行星實驗室公司宣布將在未來12個月內(nèi)發(fā)射100多顆小衛(wèi)星，組成有史以來最大的衛(wèi)星星座，每24小時對全球進行一次成像。而我國東方紅衛(wèi)星有限公司是目前世界上最大的小衛(wèi)星研制試驗基地，搜尋到失聯(lián)馬航疑似物的高分一號就是該公司研制的小衛(wèi)星。

　　回顧2013年，全球一共成功發(fā)射了208個航天器，大幅度超過了1990年173個的歷史最高紀錄，成為航天器發(fā)射數(shù)量最多的一年，其重要原因就是有大量小衛(wèi)星升空。發(fā)射質(zhì)量低于500千克的小衛(wèi)星占全部航天器數(shù)量的63%，特別是質(zhì)量小于10千克的航天器數(shù)量達到92個，占全部航天器數(shù)量的44%，同比增長了2.5倍。這也孕育著未來航天發(fā)展的重大變革。

　　現(xiàn)代小衛(wèi)星“鳥槍換炮”

　　現(xiàn)代小衛(wèi)星和20世紀70年代以前生產(chǎn)的小衛(wèi)星大相徑庭，前者應用高新技術和新設計思想研制，比后者功能強得多，技術含量大大增加，不僅能廣泛用于商業(yè)通信、航天遙感、空間科研和行星探測等，軍用價值也很高。所以，現(xiàn)在一般把20世紀70年代以前發(fā)射的小衛(wèi)星叫傳統(tǒng)(簡單)小衛(wèi)星，20世紀80年代以后發(fā)射的小衛(wèi)星稱現(xiàn)代(高性能)小衛(wèi)星。進入21世紀后，越來越多的國家開始重視和發(fā)展小衛(wèi)星，從而在全世界掀起了新的小衛(wèi)星熱潮。

　　現(xiàn)代小衛(wèi)星具有如下特點：一是研制周期短，通常不超過兩年，并使衛(wèi)星的制造過程從“工匠式”過渡到“流水線式”，而大衛(wèi)星要3~4年甚至7~8年;二是發(fā)射方式靈活，既能由小型火箭單獨發(fā)射，也能以“搭車”方式隨同大衛(wèi)星一起用大型火箭發(fā)射，還能用一枚中型火箭發(fā)射多顆小衛(wèi)星，甚至可以通過飛船運到空間站上用機械臂釋放到太空;三是成本低，小衛(wèi)星可批量生產(chǎn)，單顆衛(wèi)星成本低，發(fā)射費用也較低，一些發(fā)展中國家也能研制;四是生存能力強，用小衛(wèi)星群代替單顆大型衛(wèi)星可“以十當一”，互為備份，整個系統(tǒng)能“帶傷堅持戰(zhàn)斗”;五是應用范圍廣，可以應用在通信、遙感、科研和軍事等各個方面，并適用于進行新技術試驗;六是功能強，易于在不同的軌道上組成衛(wèi)星星座，從而實現(xiàn)單顆大衛(wèi)星無法實現(xiàn)的功能。

　　立方體衛(wèi)星成為模塊

　　隨著小衛(wèi)星的不斷發(fā)展，它又可細分為多種。如果按衛(wèi)星的重量進行廣義劃分，一般把衛(wèi)星重量在1000千克以下的衛(wèi)星都稱為小衛(wèi)星。它又可細分為六個等級：重量為500至1000千克的衛(wèi)星為小型衛(wèi)星;重量為100至500千克的衛(wèi)星為微小衛(wèi)星;重量為10至100千克的衛(wèi)星為微型衛(wèi)星;重量為1至10千克的衛(wèi)星為納型衛(wèi)星;重量為0.1至1千克的衛(wèi)星為皮型衛(wèi)星;重量小于0.1千克的衛(wèi)星為飛型衛(wèi)星。小衛(wèi)星的發(fā)展趨勢就是越來越小。

　　1999年，美國斯坦福大學湯姆肯尼教授根據(jù)該校多年對皮型衛(wèi)星研究積累的經(jīng)驗以及深入分析研究，對皮型衛(wèi)星提出了新的概念，把皮型衛(wèi)星定義為立方體衛(wèi)星，即重量為1千克，體積約為10厘米×10厘米×10厘米的正立方形衛(wèi)星(也叫1U)。由若干顆立方體衛(wèi)星(若干個U)可以組成立方體納型衛(wèi)星(簡稱納星)。從此以后，這兩種衛(wèi)星得到了飛速發(fā)展。

　　立方體衛(wèi)星和立方體納星是現(xiàn)代小衛(wèi)星的一個新創(chuàng)舉，因為它們易于快速實現(xiàn)標準化、模塊化和技術更新，研制周期短，經(jīng)濟成本低，應用在分布式空間系統(tǒng)后能發(fā)揮更大作用，因此具有很好的發(fā)展前景。

　　手機衛(wèi)星大放異彩

　　近年，在立方體衛(wèi)星的基礎上又出現(xiàn)了手機衛(wèi)星，在全球產(chǎn)生了巨大的影響。所謂手機衛(wèi)星就是以立方體衛(wèi)星為衛(wèi)星平臺，以智能手機為有效載荷的新型衛(wèi)星。

　　2013年2月，英國薩瑞衛(wèi)星公司研制的全球第一個智能手機衛(wèi)星—薩瑞培訓研究和納衛(wèi)星演示1號升空。它是一個3U立方體衛(wèi)星，4.27千克，采用手機對衛(wèi)星進行控制，除了太陽電池板和推進系統(tǒng)外，該衛(wèi)星具有傳統(tǒng)衛(wèi)星的所有部件和功能，也是全球第一個采用3D打印零件進入太空的航天器。

　　2013年4月，美國航空航天局的3顆智能手機衛(wèi)星(2個PhoneSat1.0和1個PhoneSat2.0)升空。它們均為1U立方體衛(wèi)星，操作系統(tǒng)為谷歌的安卓系統(tǒng)，將智能手機芯片組作為星載計算機，500萬像素手機攝像頭用于拍攝地球影像。由于采用了消費級智能手機作為主要載荷，PhoneSat v1的成本僅為3500美元，PhoneSat v2a的成本僅為8000美元。飛行期間，這3顆手機衛(wèi)星完成了如下幾項任務：把衛(wèi)星的電池、溫度等自身數(shù)據(jù)傳回地面;用手機拍攝了地球圖片并傳回地面;與“銥星”星座進行數(shù)據(jù)通信試驗。

　　芯片“精靈”也將登場

　　隨著微電子、微機械、微納技術、輕型材料、精密加工、高效能源、一體化多功能結構、空間即插即用、集成化綜合電子等技術的發(fā)展和衛(wèi)星設計思想的創(chuàng)新，衛(wèi)星小型化趨勢將愈發(fā)明顯，小衛(wèi)星能力不斷提升。現(xiàn)在，甚小衛(wèi)星中的皮型衛(wèi)星技術已逐漸成熟，飛型衛(wèi)星也將實現(xiàn)技術突破。繼2000年全球首顆皮型衛(wèi)星發(fā)射入軌之后，美國將于2014年完成全球首次飛型衛(wèi)星在軌部署，使人類進入飛型衛(wèi)星時代，衛(wèi)星體系也將隨之進一步完善，由大、小、微型衛(wèi)星延伸至納、皮、飛型衛(wèi)星。

　　2014年美國將發(fā)射凱克衛(wèi)星1號納星，該衛(wèi)星入軌后將釋放200顆名為“精靈”的芯片衛(wèi)星，完成全球首次的芯片衛(wèi)星在軌飛行試驗(重量在0.01千克以下的衛(wèi)星，即衛(wèi)星的大小像芯片一樣，它屬于飛型衛(wèi)星，將在一塊印刷電路板上集成航天器全部功能), 通過wifi聯(lián)系。 “精靈”衛(wèi)星的發(fā)射標志著芯片衛(wèi)星從概念向?qū)嵱没~出了重要一步，將推動實現(xiàn)衛(wèi)星從微小型化設計到超小型化設計的過渡。

　　延伸閱讀

　　小衛(wèi)星發(fā)射方式靈活多樣

　　小衛(wèi)星技術的迅猛發(fā)展與發(fā)射方式增多、成本降低密不可分。2013年，國外通過20次發(fā)射任務成功將135顆小衛(wèi)星送入空間。其中，以“一箭五星”及以上發(fā)射共8次，共成功發(fā)射小衛(wèi)星102顆。“一箭多星”發(fā)射已成為目前小衛(wèi)星發(fā)射的主流方式。2013年11月，美國和俄羅斯相繼完成“一箭二十九星”和“一箭三十二星”發(fā)射。2014年1月，美國又創(chuàng)造了“一箭三十四星”的紀錄。

　　采用“一箭多星”的方式發(fā)射，提高了發(fā)射利用率，降低了單星發(fā)射成本和進入太空的門檻，為創(chuàng)新技術和創(chuàng)新概念提供了低成本上天機會，活躍了商業(yè)發(fā)射市場的搭載業(yè)務，極大地提高了衛(wèi)星低成本、大規(guī)模、批量化部署能力，又能增加航天創(chuàng)新技術在軌驗證機會。另外，從2012年起至今，已多次用貨運飛船將立方體衛(wèi)星送入“國際空間站”，然后用“國際空間站”機械臂附加的小衛(wèi)星釋放裝置部署到太空。從“國際空間站”上釋放小衛(wèi)星振動更小，有助于降低設計難度和生產(chǎn)成本，并可充分利用有人參與的優(yōu)勢，在站上進行測試和一定程度的維修，甚至在站上根據(jù)需求進行組裝。

　　小衛(wèi)星現(xiàn)在主要用在通信廣播、對地觀測、深空探測、科學與技術試驗等各個領域，在軍事上也有重要的作用，因為它能快速研制、快速發(fā)射，及時投入使用，因而能滿足戰(zhàn)時的特殊要求。