小個(gè)子大智慧

劉進(jìn)軍

微觀科技大戰(zhàn)的利器——小衛(wèi)星

2005年前后，俄羅斯的空間監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)在240～600多千米的近地空間，有越來(lái)越多、忽隱忽現(xiàn)的不明飛行物。這些不明飛行物都是近幾年發(fā)射的重量很小的小衛(wèi)星，大部分是小衛(wèi)星試驗(yàn)品，一部分是擔(dān)

負(fù)偵察任務(wù)的小間諜。美國(guó)情報(bào)專(zhuān)家說(shuō)：我們想看看他們吃些啥，有沒(méi)有熊掌和魚(yú)子醬。

20世紀(jì)80年代中期出現(xiàn)了新一代的小衛(wèi)星，它們雖不能完全取代大型衛(wèi)星，但作為臨時(shí)替身毫無(wú)問(wèn)題?，F(xiàn)代小衛(wèi)星具有成本低、重量輕、體積小、性能高、研制周期短和大批量制造六大特點(diǎn)，在軍事應(yīng)用上極為廣泛，成為軍事衛(wèi)星發(fā)展的方向之一。它們明著是科學(xué)家，實(shí)際上是間諜，必要時(shí)直接成為殺手。因?yàn)槲⑿l(wèi)星和納米衛(wèi)星可大量部署，機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、無(wú)法攻擊，探索小衛(wèi)星成為各國(guó)研究的潮流。俄羅斯專(zhuān)家說(shuō)，我們好像生活在小人國(guó)，在微觀世界進(jìn)行一場(chǎng)科技大戰(zhàn)。

小衛(wèi)星到底有多“小”

由于微電子技術(shù)的進(jìn)步，小衛(wèi)星采用了許多小型高性能的電子部件。它們具有一些大型衛(wèi)星才有的功能，并為小衛(wèi)星進(jìn)一步微型化，進(jìn)而發(fā)展成微型衛(wèi)星、納米衛(wèi)星打下了基礎(chǔ)。如將所有的電子器件都集成在一個(gè)直徑1分米的芯片上，這個(gè)芯片可以取代衛(wèi)星主板而大大減輕重量。小衛(wèi)星有那么多優(yōu)點(diǎn)，那么能否將小衛(wèi)星做得更小一點(diǎn)呢？

1993年，美國(guó)宇航公司在一份研究報(bào)告中首次提出納米衛(wèi)星的概念。英國(guó)薩里大學(xué)首先提出將小衛(wèi)星按重量細(xì)分：小于500千克的統(tǒng)稱(chēng)為小衛(wèi)星。小衛(wèi)星分為4個(gè)等級(jí)：100～500千克的稱(chēng)為小衛(wèi)星；10～100千克的稱(chēng)為微衛(wèi)星；小于10千克的稱(chēng)為纖衛(wèi)星；小于1千克的稱(chēng)為皮衛(wèi)星；小于10千克的統(tǒng)稱(chēng)為納米衛(wèi)星。

最省錢(qián)的天文臺(tái)—微衛(wèi)星

據(jù)稱(chēng)，到2011年底，各國(guó)已經(jīng)發(fā)射了300多顆各種微型衛(wèi)星。

2001年10月22日，歐洲空間局發(fā)射了一顆名叫“普羅巴”的微型地球觀察衛(wèi)星，它只有一個(gè)普通保險(xiǎn)箱那么大?！捌樟_巴”觀察地球并不比大衛(wèi)星遜色，但它也有看走眼的時(shí)候。它能每天悄悄偵察中國(guó)十幾次，歐洲空間局曾宣布“普羅巴”看見(jiàn)了北京長(zhǎng)城，但最后證實(shí)是北京郊區(qū)河流。分辨率較高的微型照相偵察衛(wèi)星，確實(shí)能拍到清晰的長(zhǎng)城，而且連垛口都?xì)v歷在目。當(dāng)然，比它厲害的微衛(wèi)星“大有人在”。

此外，我們知道，地球上每天都在釋放巨大的能源。閃電即是能源釋放，大雷雨前也會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的電場(chǎng)加速，但閃電與伽馬射線(xiàn)的關(guān)系只能從太空被發(fā)現(xiàn)。于是，作為太空上最省錢(qián)的“小天文臺(tái)”，高科技的微型衛(wèi)星—“螢火蟲(chóng)”閃電與伽馬射線(xiàn)探測(cè)衛(wèi)星就誕生了。它可廣泛地進(jìn)行地球探測(cè)、生態(tài)學(xué)監(jiān)聽(tīng)、地震預(yù)測(cè)和電離層監(jiān)測(cè)。

虛無(wú)縹緲的境界——纖衛(wèi)星

美國(guó)空軍上校費(fèi)理德·肯尼迪在小衛(wèi)星的基礎(chǔ)上又進(jìn)一步提出了小型太空器的概念，重量只有4.5～10千克，可以裝載在小型導(dǎo)彈彈頭上，由普通戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)射升空。一旦美軍衛(wèi)星受到敵對(duì)國(guó)家的摧毀，美軍戰(zhàn)機(jī)將緊急起飛并發(fā)射。如果這種小型太空器的有效載荷是高爆炸彈，完全可以成為截?fù)粜l(wèi)星，靠近敵星“自殺成仁”。

美國(guó)國(guó)家航空航天局研究了一種直徑19厘米，重量4.5千克的照相衛(wèi)星。由于這種纖衛(wèi)星發(fā)射很簡(jiǎn)單，目標(biāo)又很小，敵方很難偵測(cè)到。哪怕偵測(cè)到了，也攻擊不了。美國(guó)國(guó)家航空航天局的專(zhuān)家說(shuō)：這年頭，玩的就是未來(lái)的科技。

在課桌上能造衛(wèi)星嗎？美國(guó)幾個(gè)學(xué)習(xí)微電子與微機(jī)械的學(xué)生，在美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室的資助下，研制了一顆軍事衛(wèi)星。這顆微型衛(wèi)星是僅10厘米見(jiàn)方的立方體，凈重僅為1千克，但里面滿(mǎn)滿(mǎn)當(dāng)當(dāng)塞滿(mǎn)了磁性繼電器、敏感器、數(shù)字傳輸系統(tǒng)和鎳電池等。

再來(lái)看一下飛行的數(shù)碼照相機(jī)—印度的纖間諜衛(wèi)星，重量不到3千克，體積是邊長(zhǎng)為15厘米的立方形結(jié)構(gòu)。別看這顆纖間諜衛(wèi)星那么小，但它能貼著地球的大氣層飛行，貼得近看得清，效果并不比那些大衛(wèi)星遜色?？梢哉f(shuō)衛(wèi)星好像進(jìn)入了一個(gè)越小越精、虛無(wú)縹緲的境界。

聰明的芯片在飛行——納米衛(wèi)星

納米衛(wèi)星是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種全新概念的衛(wèi)星，它采用微電子、微機(jī)電一體化技術(shù)，由數(shù)個(gè)集成微型儀器組成，重量可降到0.1千克以下。這種衛(wèi)星很另類(lèi)，好像是一塊聰明的芯片在飛行。

納米衛(wèi)星雖小，但五臟俱全。衛(wèi)星上的很多部件，如分析儀、激光光纖陀螺、圖像傳感器、微波發(fā)射機(jī)，以及電動(dòng)機(jī)等有可能做得很小。它們集成在半導(dǎo)體基片上，構(gòu)成納米衛(wèi)星的基本組成部分。如果要設(shè)計(jì)成一顆偵察衛(wèi)星，并具有電光成像功能，只要用微電子工藝將整個(gè)衛(wèi)星結(jié)構(gòu)做在一塊硅片上。這種硅納米衛(wèi)星大小如同一副撲克牌，直徑不會(huì)超過(guò)15厘米，高度在1.5厘米左右，重量在0.1千克以下。

扔手球發(fā)衛(wèi)星

衛(wèi)星的集成化、納米化，將帶來(lái)一場(chǎng)衛(wèi)星革命，許多新鮮的概念將成為現(xiàn)實(shí)。

小衛(wèi)星的發(fā)射方式非常靈活，一般會(huì)通過(guò)運(yùn)載火箭搭載發(fā)射，而美國(guó)早已在3萬(wàn)米高度用飛機(jī)攜帶運(yùn)載火箭，空中發(fā)射小衛(wèi)星。小衛(wèi)星可以由宇航員在宇宙飛船、航天飛機(jī)和空間站成組成批發(fā)射，然后分離到不同軌道。法國(guó)曾經(jīng)嘗試過(guò)一大帶七小的組合方式。2007年俄羅斯一次發(fā)射了14顆微型衛(wèi)星。2008年，印度一次就將10顆小衛(wèi)星、納米衛(wèi)星送上天。2013年，美國(guó)利用一枚火箭創(chuàng)紀(jì)錄地同時(shí)把29顆衛(wèi)星送入地球軌道。而俄羅斯更絕，宇航員在空間站好像扔手球一樣發(fā)射小衛(wèi)星。

美國(guó)一家宇航公司認(rèn)為，在太陽(yáng)同步軌道的18個(gè)等距離的軌道上，平均布置功能不同的約36顆納米衛(wèi)星，大約共計(jì)648顆。它們組成了一個(gè)龐大的星座，可保證在任何時(shí)刻覆蓋地球上的任一點(diǎn)，相當(dāng)于3顆地球同步衛(wèi)星的功能。俄羅斯則計(jì)劃在稍高一點(diǎn)的軌道，布置180顆納米偵察衛(wèi)星，監(jiān)視北美、歐洲、亞洲及敏感地區(qū)。