微 星 之 光 微小卫星的发展 石卫平潘 坚 ( 中国航天信息中心) 1定义 入 “功能密度”的概念。功能密度是指卫星 □□国际上对小卫星的叫法有很多, 如小卫 每千克重量所能提供的功能。例如, 每千克 星 (Sm a llSat) , 廉价的卫星 (Ch eap sat) , 微 太阳电池提供 100 W 功率, 就比每千克太 卫星 ( ) , 超小卫星 ( ) , 纳 阳电池提供 20 功率提高了 4 倍功能密 M icro Sat M in iSat W 卫星 ( N ano Sat) , 皮卫星 (P ico Sat) , 等等。 度。按照功能密度划分, 小卫星可分为简单 美国国防高级研究计划局 ( ) 则把 小卫星和现代小卫星两种。我们现在通常说 DA R PA 这些卫星统称之为轻卫星 ( ) , 美 的小卫星是指现代小卫星。 L igh t Sat s 国海军航天司令部称之为 SP IN Sat ’s (Sin 对于小卫星的分类有许多版本, 比较典 g le Pu rp o se In exp en sive Satellite Sy s 型 的有 以下两 种。美 国航 空航 天 公 司 ) ( ) tem s——用途单一的廉价卫星系统 , 美国 A ero sp ace 在 1993 年对小卫星、微卫星和 空 军 称 之 为 TA C Sat ’s ( T act ica l Satel 纳卫星做了以下定义: 小卫星是一种可用常 ) lite s——战术卫星 。 规运载器 发射 的航 天器, 质 量 为 10～ 实际上小卫星在航天事业的早期就有 500 k g; 微卫星定义为所有的系统和子系统 了, 卫星发展最初就是从简单小卫星起步 都全面体现了微型制造技术, 并可实现一种 的。即使在 20 世纪 70 年代和 80 年代大型 实用功能, 质量为 01～ 10 k g; 纳卫星是一 航天器占主导地位的时代, 亦可发现小卫星 种尺寸减小到最低限度的微卫星, 其功能有 的身影。从 20 世纪 80 年代中期开始, 世界 赖于一种分布式星座结构来实现, 质量小于 航天界兴起了发展小卫星的热潮。随着对小 01k g。不过 目前更流行的卫星分类方法是 ( ) 卫星认识的不断加深, 人们意识到仅仅以重 英国萨瑞大学提出来的 如表 1 , 本文将采 量作为划分小卫星的依据是不够的, 必须引 用这种分类方法。 表 1卫星的分类 ( ) 名称 质量 含燃料 k g 大卫星 (L argeSat) 1 000 中卫星 ( ) 500～ 1 000 M ed iSat 超小卫星 ( ) 100～ 500 M in iSat 微卫星 ( ) 10～ 100 M icro Sat 小卫星 纳卫星 ( ) 1～ 10 N ano Sat (Sm a llSat) 皮卫星 (P ico Sat) 01～ 1 飞卫星 (F em to Sat) 0 1 《国际太空》200 1 年 9 月号 1 ( ) 结合国际上小卫星技术的发展趋势和 换超光谱成像仪”F TH S I 最引人注 目, 被 我国对微小卫星的需求现状, 本文将重点介 认为是世界上第一个进入轨道的实用超光 绍 100 以下的微小卫星。 谱系统。 能产生 150 个窄光谱段, 其 k g F TH S I 光谱分辨率优于 目前在轨的多光谱成像仪 2各国微小卫星的发展现状 的 10 倍多。 微小卫星作为小卫星家族中的一员, 具 美国其他生产小卫星的公司主要有轨 有小卫星的共性特点, 并且由于其重量、体 道科学公司、 空间系统公司、 公 CTA TRW 积的特点, 因而适合用于技术试验、科学试 司、航空宇宙公司 ( ) 、鲍尔公司 A eroA st ro 验和大学教学, 也可以组成低轨道卫星通信 和航空航天公司。 星座。此外, 微小卫星的一个突出特点是技 2 2英国 术扩展性强, 从微小卫星这一技术平台出 英国的萨瑞大学独家拥有萨瑞卫星技 发, 可进一步向微小化发展而研制纳卫星; 术有限公司 (Su r rey Satellite T echno lo gy ) 或向多用途化发展而研制小卫星; 或向集群 L td , 它在欧洲处于领先位置。萨瑞大学 ( ) 化发展而研制微小卫星星座; 还可以向深空 研制小卫星的特点是低成本 百万英镑 、短 ( ) 探测发展而研制小型深空探测器。 周期 研制周期 1～ 2 年 、高效益、高效率、 微小卫星由于具有技术扩展性强的特 技术先进和管理现代化。萨瑞大学重视微小 点, 不仅受到世界主要航天大国的重视, 同 卫星平台的通用化、系列化, 其开发的50k g 时也被许多中、小发达国家和新兴的发展中 级微小卫星平台技术已很成熟, 在世界范围 国家作为发展小卫星技术的切入口, 它们积 内得到广泛应用。萨瑞公司正在进行的微小 极通过合作研制或 自行研制的方式发展微 卫星项 目有: 为英 国国防发展与研究局 小卫星。美国、英国和 日本等国在微小卫星 (D ERA ) 研 制 的 “战 术 光 学 卫 星 ” 技术领域处于领先地位。 ( Top sat ) , 这是 1 颗军 民两用卫星, 重 2 1美国 100 , 可拍摄分辨率 2 5 的黑白地面图 k g m 美国凭借其雄厚的技术基础已经走在 像和分辨率 5 的彩色图像; 由5 颗遥感卫 m ( 小卫星发展的最前列。在美国, 以DA R PA 星组成的 “灾难监视星座”D isa ster M on i 为首的军方一直对小卫星的发展寄予厚望, to r in g Con stellat ion ) , 每颗卫星重约 50k g; A D R PA 每年为小卫星发展投资 3 500 万 E 卫星星座, 它由6 颗重 130k g 的微小卫星 美元。美国航宇局 ( ) 也十分重视小 组成, 用于远程应用测量, 头 3 颗卫星已被 N A SA 卫星的发展, 先后提出了 “小卫星技术创新 美国直播卫星公司 ( ) 购买, 将在 200 1 DB S 计划”和 “新盛世计划”等一系列小卫星发 年发射; 土耳其的T u rb itak - B ilten 卫星, 展计划。 重 100 , 可拍摄分辨率 12 的全景图像和 k g m 美 国 的 光 谱 航 天 公 司 ( 分 辨率 26 的多光谱 图像; “双子座” Sp ect rum m A st ro ) 是美国国防部和N A SA 小卫星的主 (Gem in i) 卫星, 这是 1 颗静止轨道微小卫 要承包商。光谱航天公司为菲利普实验室研 星, 可用于提供电话、电视和广播等通信业 制了强力星- 2 ( - 2) , 首颗强力 务。 M igh ty Sat 星- 2 于 2000 年 7 月 19 日发射成功。强力 2 3 日本 星 - 2 卫 星 直 径 68 cm , 高 9 1 cm , 重 日本很重视发展小卫星, 早在 1990 年 120 k g。星上携带多种设备, 其中“傅里叶变 就成立了小卫星研究会。在一开始 日本就把 2 《国际太空》200 1 年 9 月号 开发小卫星的重点放在了微小卫星上, 重点 术领域的一个发展趋势, 是卫星商业化、产 发展 质 量 不 足 100 k g、 外 部 尺 寸 小 于 业化的必然需求, 微小卫星也是一样。卫星 50 cm 、研制周期 1 年、高性能和易于搭载的 平台系列化是批生产的基础, 而只有形成批 微小卫星。 生产能力才能支持卫星星座系统的发展。萨 日本宇宙开发事业 团 ( ) 在 瑞大学重视微小卫星平台的通用化、系列 N A SDA 1998 年提出了开发名为H yp er sat 的 50 k g 化, 其开发的50k g 级微小卫星平台技术已 级或更小的系列卫星计划, 并确定了4 个主 很成熟, 在世界范围内得到广泛应用。另外, 要研究领域: 用一组 50 k g 级的卫星进行通 欧空局(E SA ) 计划在 200 1 年发射其开发的 信、观测和测量; 从低轨道进行地球观测和 “星上自主计划”卫星 (PROBA ) , 其重量为 通信; 用一组小于 50 k g 级的卫星进行在轨 100k g。 服务; 用 200 k g 级的卫星进行深空探测。其 3 3从组成星座到组成编队飞行星座 中, N A SDA 考虑制造一种边长为 40 cm 的 美国、英国、德国都在发展微小卫星星 立方体卫星, 卫星重 50 k g , 其电子设备高 座, 如美国的技术卫星- 2 1 (T ech sat- 2 1) 度集成于一个组件中。这种卫星的任务是从 构成的 “分布式雷达卫星星座”, 英 国的 低轨道进行高分辨率的地球成像和高速通 “灾难监视星座”, 德国的 “ 卫星星 SA F IR 信。 预测, 这种卫星将可替代 目前 N A SDA 座”。 500 k g 级的卫星。 星座组网最能体现微小卫星的优势, 是 在 2000 年 中, N A SDA 开发成功重 微小卫星技术发展的一个趋势。若干颗微小 68k g 的微小卫星, 在卫星的小型化、低成本 卫星按一定要求分布在单轨道或多轨道平 化方面作出了有益尝试。这颗名为 - ( L ab 面上组成星座, 可以提高地面覆盖范围 直 Sat 的小卫星高 64cm , 宽 69cm , 呈八角形, ) 至覆盖全球 , 大大缩短重访周期, 达到甚 开发费用约 5 亿 日元, 可用于对高技术产品 至超越大卫星的功能。与单颗大卫星相比, 等进行太空轨道试验, 包括热真空和振动环 其发射成本并未增加, 系统受损性则大大降 境试验。这颗卫星预计于 200 1 年与先进地 低。微小卫星星座在通信、遥感领域有广阔 球观测卫星- 2 ( - 2) 一起由日本 A D EO S H 的应用前景。 - 2 大型火箭发射。 A 今后, 卫星星座还将向编队飞行星座方 向发展。该星座中的卫星构成一个特定的形 3微小卫星发展趋势 状, 同时绕地球旋转。每颗微小卫星都同其 3 1微小卫星将受到越来越多国
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