大數(shù)據(jù)，小衛(wèi)星

童子軍

對，我們就是來

打群架的

先來看一組數(shù)據(jù)，2013年，全球共成功發(fā)射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。并不是人類的航天事業(yè)又一次競賽了，而是這些數(shù)量中發(fā)射質量低于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。近半數(shù)、重量小于10千克，似乎表明航天發(fā)展正孕育著一場重大變革。

小衛(wèi)星研制周期短，通常不超過兩年，并使衛(wèi)星的制造過程從“作坊式”過渡到“流水線式”，而大衛(wèi)星要7至8年。這也就是為什么“Outernet”的時間表上，2014年6月開始研制原型衛(wèi)星，15年6月即可批量發(fā)射。

對，批量發(fā)射是小衛(wèi)星的又一大特點——發(fā)射方式靈活，既能由小運載火箭單獨發(fā)射，也可以“搭車”方式隨同別的衛(wèi)星一起發(fā)射，還能用一枚火箭發(fā)射多顆小衛(wèi)星，甚至可以運到空間站上用機械臂釋放到太空?！耙患嘈恰卑l(fā)射已成為目前小衛(wèi)星發(fā)射主流方式。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。

也正因為批量生產、批量發(fā)射，我們知道量上去了，成本就下來了。對于小衛(wèi)星來說，單顆衛(wèi)星成本低，發(fā)射費用也較低，發(fā)展中國家也能研制，甚至一些公司、機構也可以此為突破，進軍看似高大上的航天領域。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”，生存能力極強。且易于在不同的軌道上組成衛(wèi)星星座，從而實現(xiàn)單顆衛(wèi)星無法實現(xiàn)的功能。

多小算小

以衛(wèi)星的重量進行廣義劃分，一般把衛(wèi)星重量在1 000千克以下的衛(wèi)星都稱為小衛(wèi)星。它又可細分了6個等級：重量為500～1000千克的衛(wèi)星為小型衛(wèi)星；重量為100～500千克的稱為微小衛(wèi)星；重量為10～100千克的衛(wèi)星為微型衛(wèi)星；重量為1～10千克的衛(wèi)星為納型衛(wèi)星；重量為0.1～1千克的衛(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。簡單歸納，您就記住由大到小的順序為：小微納皮飛。

除了按體重分，人們又深層次引入“功能密度”的概念，指衛(wèi)星每千克重量所能提供的功能。例如，每千克太陽能電池提供100瓦功率就比每千克提供20瓦功率的太陽能電池提高了4倍功能密度。所以，也可按照功能密度把小衛(wèi)星分為簡單小衛(wèi)星和現(xiàn)代小衛(wèi)星兩種。

事實上小衛(wèi)星并不是近段時間的新興產物，早在上世紀航天大發(fā)展時，就出現(xiàn)了諸多以驗證、實驗為目的的小衛(wèi)星?，F(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。

把大衛(wèi)星的功能“分散”到許多小衛(wèi)星上，改變當前高度集成、以大型衛(wèi)星系統(tǒng)為主的發(fā)展模式，將成為空間系統(tǒng)未來發(fā)展的方向。將原有系統(tǒng)分散成若干功能更單一、規(guī)模更小、成本更低的小衛(wèi)星系統(tǒng)，可提升空間系統(tǒng)的“彈性”，以及其抗毀能力和經濟可承受性，增加技術更新的機會。

立方體衛(wèi)星

立方體衛(wèi)星，并不是“Outernet”項目首次提出的。早在1999年，美國斯坦福大學湯姆肯尼教授即對皮型衛(wèi)星提出了新的概念，稱重量為1千克，體積約為10厘米×10厘米×10厘米的皮星為正立方體衛(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）。也正是從此，微納衛(wèi)星的研究才得以快速推進。有理論研究表明50～100顆立方體納星（每顆重8千克），能實現(xiàn)全球覆蓋，可以同時獲得高空間分辨率（2～3米）和高時間分辨率（重訪時間為15～45分鐘），其經濟成本僅1億多美元，相當于目前一顆大型地對觀測衛(wèi)星的價錢，而一顆大衛(wèi)星是無法完成上述高難度動作的。

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。易于快速實現(xiàn)標準化、模塊化，易于技術更新，研制周期短，經濟成本低的特點，使得世界上有多家研究機構與企業(yè)正在專門研制、生產和供應標準化、模塊化的立方體衛(wèi)星和立方體納星。

2013年，厄瓜多爾和秘魯自主研制的立方體納衛(wèi)星通過搭載發(fā)射，實現(xiàn)了本國首顆衛(wèi)星的突破。立方體衛(wèi)星最適合解決有無問題，讓航天不但可以是國家行為，也可以是企業(yè)行為，而且是有可能快速成功的企業(yè)行為。這從根本上規(guī)避了我們常常叫囂的航天投入周期長、需要大量技術積累及資金投入的高大門檻，變成了一個并非要集國家力量才能完成的，而且集合冒險、刺激等成功企業(yè)家愿意挑戰(zhàn)元素的，可以試著玩一玩的事兒。

手機克塞號，一級準備

掂量掂量我們身邊哪些東西是小于1千克，且高度集成了現(xiàn)代科技的？手機！手機衛(wèi)星，已經有人在做了。當然并不簡單是買一堆蘋果扔上太空，那里環(huán)境是很惡劣滴，即使是諾基亞也扛不住哦，還是需要成熟的衛(wèi)星平臺來保護的。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)星公司研制的全球的第一個智能手機衛(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)星還具有傳統(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，PhoneSat1.0成本僅3 500美元，PhoneSat 2.0成本僅8 000美元。飛行期間，這3顆手機衛(wèi)星圓滿完成將衛(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)通信試驗這三項標志性任務。

據(jù)說，今年兩會百度CEO李彥宏的提案為鼓勵民營企業(yè)進入火箭、衛(wèi)星發(fā)射等航天領域。各位企業(yè)家，可以嘗試從小衛(wèi)星入手哦。

責任編輯：武瑾媛endprint