微小衛(wèi)星發(fā)展的若干思考

李明

(中國(guó)空間技術(shù)研究院，北京 100094)

微小衛(wèi)星發(fā)展的若干思考

李明

(中國(guó)空間技術(shù)研究院，北京 100094)

微小衛(wèi)星具有功能密度高、技術(shù)發(fā)展快、研制周期短、開(kāi)發(fā)成本低、部署應(yīng)用靈活等特點(diǎn)。新技術(shù)的發(fā)展、商業(yè)資本的不斷投入、發(fā)射模式的多樣化等因素，使微小衛(wèi)星在近年來(lái)得到快速發(fā)展。微小衛(wèi)星的應(yīng)用模式發(fā)展多樣化，技術(shù)不斷創(chuàng)新且受互聯(lián)網(wǎng)思維影響，將在通信、遙感、導(dǎo)航、深空探測(cè)和科學(xué)技術(shù)試驗(yàn)領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。我國(guó)在發(fā)展微小衛(wèi)星時(shí)應(yīng)同時(shí)關(guān)注技術(shù)發(fā)展和政策機(jī)制，把握前沿技術(shù)和創(chuàng)新模式，考慮大規(guī)模運(yùn)行可能帶來(lái)的問(wèn)題，并從政策機(jī)制上做好統(tǒng)籌規(guī)劃，以推動(dòng)微小衛(wèi)星技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展。

微小衛(wèi)星；技術(shù)創(chuàng)新；模式創(chuàng)新

1 引言

近幾年，微小衛(wèi)星技術(shù)快速發(fā)展，使其在不同領(lǐng)域不斷實(shí)現(xiàn)各類(lèi)技術(shù)驗(yàn)證和創(chuàng)新應(yīng)用。一般，國(guó)際上微小衛(wèi)星是指質(zhì)量在500 kg以下的衛(wèi)星，其中，500～100 kg的稱(chēng)為小衛(wèi)星，100～10 kg的稱(chēng)為微衛(wèi)星，10～1 kg的稱(chēng)為納衛(wèi)星，1～0.1 kg的稱(chēng)為皮衛(wèi)星，小于0.1 kg的稱(chēng)為飛衛(wèi)星。

受限于單星的規(guī)模和資源，微小衛(wèi)星在超高精度與穩(wěn)定度姿態(tài)控制、長(zhǎng)時(shí)高功耗主動(dòng)探測(cè)載荷支撐及軌道機(jī)動(dòng)等方面能力有限。不過(guò)，通過(guò)技術(shù)發(fā)展，微小衛(wèi)星已具備自己的特點(diǎn)，主要表現(xiàn)在：①采用微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)等高科技前沿技術(shù)，使其具有較高的功能密度。②由于體積和質(zhì)量小，可與大衛(wèi)星一起發(fā)射，也可一箭多星發(fā)射或通過(guò)空間站部署，發(fā)射方式靈活。③由于采用較成熟的先進(jìn)技術(shù)及科學(xué)的管理手段，研制成本低，研制周期短。④突破了傳統(tǒng)的“一星多用、綜合利用”的設(shè)計(jì)思想，簡(jiǎn)化單星設(shè)計(jì)，并可實(shí)現(xiàn)多星組網(wǎng)、分布式系統(tǒng)協(xié)同工作等新模式，應(yīng)用靈活性強(qiáng)。

2015年，全球共成功發(fā)射微小衛(wèi)星約150顆，占全年衛(wèi)星發(fā)射總數(shù)的63.1%，而根據(jù)歐洲咨詢(xún)公司(Euroconsult)《小衛(wèi)星市場(chǎng)預(yù)測(cè)》報(bào)告，2015―2019年，全球?qū)l(fā)射510顆1～500kg微小衛(wèi)星[1]。近年來(lái)，微小衛(wèi)星的市場(chǎng)商業(yè)運(yùn)作不斷擴(kuò)大和資本的涌入，使商用微小衛(wèi)星正在不斷崛起，涌現(xiàn)出大量新興商業(yè)小衛(wèi)星公司，如美國(guó)的美麗大地(Terra Bella)公司(原天空盒子成像(Skybox Imaging)公司，于2016年3月更名)和行星(Planet)公司(原行星實(shí)驗(yàn)室(Planet Labs)公司，于2016年6月更名)[2]。市場(chǎng)繁榮也激發(fā)了以研制大衛(wèi)星為主要業(yè)務(wù)的傳統(tǒng)宇航公司對(duì)小衛(wèi)星的關(guān)注力度，如波音(Boeing)、雷神(Raytheon)等公司也開(kāi)始關(guān)注小衛(wèi)星的研制。

本文研究總結(jié)了微小衛(wèi)星發(fā)展的推動(dòng)因素，重點(diǎn)分析了微小衛(wèi)星發(fā)展的特點(diǎn)，并在此基礎(chǔ)上提出了我國(guó)微小衛(wèi)星發(fā)展的幾點(diǎn)建議。

2 多元因素推動(dòng)微小衛(wèi)星快速發(fā)展

2.1 微小衛(wèi)星技術(shù)發(fā)展，推動(dòng)微小衛(wèi)星業(yè)務(wù)化

新一代微小衛(wèi)星在體積和質(zhì)量不斷減小的同時(shí)，性能和應(yīng)用能力得到了大幅提升，其中微納衛(wèi)星尤為突出。美麗大地公司的天空衛(wèi)星-1、2(SkySat-1、2)，以約90 kg的質(zhì)量實(shí)現(xiàn)了1米級(jí)高分辨率視頻成像。行星公司的“鴿群”(Flock)系列衛(wèi)星，實(shí)現(xiàn)了5 kg衛(wèi)星獲取3.0～5.0 m分辨率的成像能力，并形成了數(shù)十顆衛(wèi)星的在軌組網(wǎng)觀測(cè)。

經(jīng)過(guò)最近10年的高速發(fā)展，微小衛(wèi)星的各方面能力已取得突破性進(jìn)展。在星上信息管理能力方面，片上系統(tǒng)(SoC)技術(shù)使處理性能大幅提升，大量的商業(yè)現(xiàn)貨產(chǎn)品(COTS)已通過(guò)了低軌空間環(huán)境的飛行驗(yàn)證。得益于太陽(yáng)電池片效率、蓄電池性能及電子產(chǎn)品小型化的發(fā)展，供配電系統(tǒng)性能不斷提升，太陽(yáng)電池的效率達(dá)到29%～33%，鋰離子和鋰聚合物蓄電池的比能達(dá)到了250 W·h·kg-1[3]。通信方面，X頻段和Ka頻段的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)已經(jīng)在100 kg或更小的衛(wèi)星上應(yīng)用和試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了百兆比特每秒量級(jí)的星地?cái)?shù)據(jù)傳輸能力。在導(dǎo)航姿態(tài)控制方面，MEMS星敏感器、微型化飛輪和控制力矩陀螺(CMG)技術(shù)，不斷提升定位導(dǎo)航能力和姿態(tài)控制精度。這些技術(shù)的突破，使微小衛(wèi)星的任務(wù)能力從最早的簡(jiǎn)單演示性任務(wù)向高復(fù)雜性任務(wù)，乃至可以長(zhǎng)期在軌服役的運(yùn)營(yíng)性任務(wù)邁進(jìn)。

2.2 信息技術(shù)催生新應(yīng)用，擴(kuò)大微小衛(wèi)星需求

信息技術(shù)的發(fā)展正在不斷地促進(jìn)著航天技術(shù)的發(fā)展。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，天基信息應(yīng)用領(lǐng)域也會(huì)不斷變革。在對(duì)地觀測(cè)領(lǐng)域，面對(duì)全球事件的發(fā)生和發(fā)展過(guò)程動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)將會(huì)是重要的發(fā)展方向，而這就要求解決高時(shí)間分辨率和較高空間分辨率能力同時(shí)實(shí)現(xiàn)的問(wèn)題，微小衛(wèi)星大規(guī)模星群化運(yùn)行將是解決途徑之一。美麗大地公司完整的星座計(jì)劃由24顆衛(wèi)星組成(目前已發(fā)射7顆)，采用大量現(xiàn)貨產(chǎn)品技術(shù)，開(kāi)展天地一體全鏈路設(shè)計(jì)創(chuàng)新，推動(dòng)天基遙感從成像向視頻拓展。衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)了0.9 m可見(jiàn)光和2.0 m多光譜分辨率的靜態(tài)圖像獲取，成像幅寬8 km，并能夠獲取時(shí)長(zhǎng)90 s、30幀每秒、1.1 m分辨率的高清視頻數(shù)據(jù)[4]。此外，該公司基于云計(jì)算提供定制化服務(wù)，提供圖像/視頻數(shù)據(jù)在線(xiàn)瀏覽和分發(fā)業(yè)務(wù)，并基于圖像處理和數(shù)據(jù)挖掘?qū)崿F(xiàn)對(duì)變化信息的監(jiān)測(cè)。行星公司籌劃由100～150顆納衛(wèi)星組成的星座，采用對(duì)陸地連續(xù)開(kāi)機(jī)的工作模式，實(shí)現(xiàn)覆蓋區(qū)域內(nèi)近實(shí)時(shí)觀測(cè)。衛(wèi)星對(duì)地成像分辨率為3.0～5.0 m，可獲得短重訪(fǎng)周期和近實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)更新，實(shí)現(xiàn)全球“熱點(diǎn)”與“全局”兼顧，并提供突發(fā)狀況應(yīng)急響應(yīng)和提前預(yù)警服務(wù)[5]。微小衛(wèi)星在軍事應(yīng)用領(lǐng)域也不斷創(chuàng)新，能夠縮短指揮與控制鏈條，直接服務(wù)戰(zhàn)區(qū)。美國(guó)陸軍“隼眼”(Kestrel Eye)星座用于向基層作戰(zhàn)人員快速、按需提供近實(shí)時(shí)的戰(zhàn)場(chǎng)圖像數(shù)據(jù)，支持“按下即拍”作戰(zhàn)模式，能在10 min內(nèi)完成從前方作戰(zhàn)用戶(hù)發(fā)出任務(wù)請(qǐng)求到分發(fā)圖像的全部操作。

2.3 微小衛(wèi)星成為商業(yè)資本不斷投入的切入點(diǎn)

互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展和橫向延伸，使衛(wèi)星數(shù)據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域和商業(yè)化潛力凸現(xiàn)，數(shù)據(jù)應(yīng)用及再開(kāi)發(fā)的市場(chǎng)得到發(fā)展，從而吸引了更多的商業(yè)投資。微小衛(wèi)星研制周期短、成本相對(duì)較低的特點(diǎn)，使其成為商業(yè)投資的最佳切入點(diǎn)。近兩年，很多私營(yíng)企業(yè)和小型公司進(jìn)入航天領(lǐng)域，使商業(yè)小衛(wèi)星強(qiáng)勢(shì)崛起，其中商業(yè)對(duì)地觀測(cè)小衛(wèi)星是核心項(xiàng)目。眾多商業(yè)遙感公司的目標(biāo)是發(fā)展大量的微衛(wèi)星并應(yīng)用到更廣泛的領(lǐng)域，包括油氣資源勘探、自然災(zāi)害預(yù)報(bào)、城市規(guī)劃、農(nóng)業(yè)監(jiān)測(cè)、交通導(dǎo)航和環(huán)境監(jiān)測(cè)等。一網(wǎng)公司(One Web)提出了由600多顆衛(wèi)星組網(wǎng)的低地球軌道寬帶互聯(lián)網(wǎng)接入星座項(xiàng)目，太空探索技術(shù)(Space X)公司也向美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)申請(qǐng)了更為龐大的由4400多顆衛(wèi)星組成的星座系統(tǒng)。微小衛(wèi)星的大規(guī)模部署也推動(dòng)了發(fā)射技術(shù)的改變，而Space X公司作為商業(yè)航天領(lǐng)域的開(kāi)拓者，其低成本的商業(yè)發(fā)射計(jì)劃能為大批量微小衛(wèi)星的發(fā)射提供重要支撐。隨著微小衛(wèi)星技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展以及與商業(yè)的深入融合，商業(yè)化將有可能成為推動(dòng)空間技術(shù)發(fā)展的重要?jiǎng)恿Α?/p>

2.4 發(fā)射模式多樣化，提高微小衛(wèi)星的發(fā)射效率

不同于傳統(tǒng)大衛(wèi)星的運(yùn)載火箭定制專(zhuān)用發(fā)射，微小衛(wèi)星的發(fā)射模式更加靈活，搭載發(fā)射和一箭多星已成為其發(fā)射的主要方式。2014年俄羅斯“第聶伯”(Dnepr)火箭成功實(shí)現(xiàn)1箭37星發(fā)射，2015年我國(guó)利用長(zhǎng)征六號(hào)火箭成功實(shí)現(xiàn)1箭20星發(fā)射。這種密集的發(fā)射模式降低了微小衛(wèi)星的發(fā)射成本，提高了大規(guī)模、批量化部署的能力，進(jìn)一步推動(dòng)了微小衛(wèi)星的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展?？臻g站釋放也是發(fā)射微小衛(wèi)星的一種選擇，行星公司就利用“國(guó)際空間站”多次釋放了大量的皮衛(wèi)星。針對(duì)逐漸增長(zhǎng)的微小衛(wèi)星發(fā)射需求，眾多宇航公司也在專(zhuān)門(mén)研制低成本小型運(yùn)載器。此外，美國(guó)國(guó)防先進(jìn)研究計(jì)劃局(DARPA)曾支持的空中發(fā)射計(jì)劃(ALASA)，可以將50 kg以下的微衛(wèi)星送入預(yù)定的低地球軌道，并且具有“機(jī)動(dòng)、靈活、高效、廉價(jià)”的特點(diǎn)，發(fā)射不受地理?xiàng)l件的限制，能夠更加充分利用運(yùn)載能力，具有更高的發(fā)射效率。

3 微小衛(wèi)星發(fā)展思路探討

3.1 不同功能定位采用不同的發(fā)展模式

總體來(lái)看，小衛(wèi)星在面向業(yè)務(wù)應(yīng)用方面，已經(jīng)具備較強(qiáng)的能力，成為應(yīng)用衛(wèi)星的重要組成部分，如何提升技術(shù)指標(biāo)、應(yīng)用能力，并且保證壽命與可靠性，將是關(guān)注的重點(diǎn)，也是研制模式改革的核心。微衛(wèi)星和納衛(wèi)星則主要面向各種空間技術(shù)的創(chuàng)新驗(yàn)證，成為技術(shù)革新的前沿力量，并已開(kāi)始向?qū)嵱没D(zhuǎn)變，部分特殊應(yīng)用領(lǐng)域允許對(duì)其降低技術(shù)、壽命和進(jìn)入門(mén)檻，促進(jìn)了新型研制模式的出現(xiàn)。小衛(wèi)星的發(fā)展將面向?qū)崿F(xiàn)高精度、高質(zhì)量業(yè)務(wù)化需求，重點(diǎn)開(kāi)發(fā)具有較高能力的通用性平臺(tái)，提升對(duì)不同類(lèi)型有效載荷的適應(yīng)性。例如英國(guó)薩瑞公司的SSTL-150/300平臺(tái)，能夠適用于不同分辨率和不同類(lèi)型的光學(xué)載荷；日本開(kāi)發(fā)的“具備新系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的先進(jìn)觀測(cè)衛(wèi)星”(Advanced Satellite with New System Architecture for Observation，ASNARO)平臺(tái)，采用通用化平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)，即在構(gòu)型設(shè)計(jì)、機(jī)電接口設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)接口設(shè)計(jì)上采用標(biāo)準(zhǔn)化理念，并在電源、數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ苌蠈?shí)現(xiàn)系列化配置，以適應(yīng)可見(jiàn)光相機(jī)、合成孔徑雷達(dá)(SAR)、紅外成像儀等多種有效載荷，以及不同的任務(wù)需求[6]。微納衛(wèi)星的異軍突起，使微小衛(wèi)星的發(fā)展模式進(jìn)一步細(xì)分，100 kg以下的微納衛(wèi)星同樣具有重要的應(yīng)用前景，這類(lèi)衛(wèi)星的發(fā)展則更注重平臺(tái)載荷的一體化設(shè)計(jì)，注重信息流和能源流的統(tǒng)籌和動(dòng)態(tài)管理，注重微傳感器技術(shù)的應(yīng)用，并且注重低成本現(xiàn)貨技術(shù)體制的建立和建造標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的制定，以支持未來(lái)大批量生產(chǎn)的實(shí)現(xiàn)。

3.2 新理念帶動(dòng)微小衛(wèi)星技術(shù)創(chuàng)新

新的理念催生新的模式，微小衛(wèi)星的快速發(fā)展正是由近年來(lái)不斷出現(xiàn)的新應(yīng)用理念和新技術(shù)理念所帶動(dòng)的。微納衛(wèi)星的發(fā)展與新出現(xiàn)的應(yīng)用理念更加契合，更關(guān)注低成本、短周期、平臺(tái)載荷一體化的設(shè)計(jì)思想，從而在研制模式上向批量化、低成本的商用現(xiàn)貨方向發(fā)展。美國(guó)軍用微小衛(wèi)星項(xiàng)目計(jì)劃，持續(xù)推進(jìn)即插即用(PnP)技術(shù)，發(fā)展快速總裝、集成與測(cè)試(AIT)能力，驗(yàn)證快速響應(yīng)發(fā)射能力，激發(fā)了一批面向戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用的創(chuàng)新項(xiàng)目，除“作戰(zhàn)快速響應(yīng)空間”(ORS)外，還相繼提出“太空對(duì)軍事作戰(zhàn)的使能效果”(Space Enabled Effects for Military Engagements，SeeMe)、“隼眼”等技術(shù)項(xiàng)目，以及“空間態(tài)勢(shì)感知”(STARE)星座等項(xiàng)目，發(fā)展作戰(zhàn)響應(yīng)空間能力，與主戰(zhàn)場(chǎng)大衛(wèi)星系統(tǒng)形成能力互補(bǔ)。

立方體衛(wèi)星(CubeSat)體現(xiàn)了一種新的技術(shù)理念[7]。1U的立方體衛(wèi)星質(zhì)量約為1 kg，一般立方體衛(wèi)星不會(huì)超過(guò)10 kg，屬于納衛(wèi)星。傳統(tǒng)衛(wèi)星研制和發(fā)射模式是衛(wèi)星研制方根據(jù)任務(wù)開(kāi)展衛(wèi)星設(shè)計(jì)，并考慮如何尋找發(fā)射機(jī)遇，這兩者需要較好的匹配性，因此大多是專(zhuān)用發(fā)射，也有少量的搭載發(fā)射機(jī)會(huì)。而立方體衛(wèi)星理念的核心是標(biāo)準(zhǔn)化，不僅體現(xiàn)在衛(wèi)星的設(shè)計(jì)和功能模塊的標(biāo)準(zhǔn)化，也體現(xiàn)在發(fā)射接口/服務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)化，因此衛(wèi)星研制方在發(fā)射上就有了相對(duì)更為自由的選擇。

近年來(lái)受到關(guān)注的還有名為芯片衛(wèi)星的飛衛(wèi)星。芯片衛(wèi)星是集成化理念的最大膽嘗試，其思想是利用10克級(jí)的芯片結(jié)構(gòu)板，使其具備電源、數(shù)據(jù)處理和組網(wǎng)通信功能，并能作為平臺(tái)攜帶MEMS傳感器，實(shí)現(xiàn)在軌大量部署，執(zhí)行多樣探測(cè)任務(wù)。盡管芯片衛(wèi)星目前還處于研究起步階段，但其超輕量化、超小型化、超低成本等突出特點(diǎn)已獲得多方關(guān)注。

3.3 星座組網(wǎng)將成為微小衛(wèi)星發(fā)揮效能的重要途徑

星座組網(wǎng)是微小衛(wèi)星發(fā)揮效能的重要途徑，也是未來(lái)微小衛(wèi)星應(yīng)用的主要趨勢(shì)。歐洲薩瑞公司的“災(zāi)害監(jiān)測(cè)星座”(DMC)系列，是微小衛(wèi)星星座化應(yīng)用的代表?！败壍劳ㄐ拧?Orbcomm)小衛(wèi)星星座的第2代搭載船只自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)(AIS)載荷，能夠?qū)崿F(xiàn)船只識(shí)別、跟蹤、防碰撞功能，支持高效海事交通管理。此外，包括數(shù)十顆甚至上百顆的微小衛(wèi)星的星群項(xiàng)目也層出不窮，如美國(guó)BlackSky公司提出的60顆衛(wèi)星星座，可實(shí)現(xiàn)1.0 m分辨率成像，90 min內(nèi)獲得全球95%的圖像。QuaDra公司2015年提出全球野火火災(zāi)監(jiān)測(cè)星座，利用200顆衛(wèi)星的星座，實(shí)現(xiàn)10.0～15.0 m分辨率成像，且具備15 min重訪(fǎng)能力。美國(guó)Spire公司的125顆衛(wèi)星的星座，基于GPS掩星技術(shù)提供商業(yè)氣象數(shù)據(jù)和增值服務(wù)。這些項(xiàng)目的應(yīng)用方式都是利用大規(guī)模衛(wèi)星組網(wǎng)的覆蓋性，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)敏捷全球覆蓋探測(cè)。

4 微小衛(wèi)星發(fā)展的啟示與建議

4.1 國(guó)外微小衛(wèi)星發(fā)展的啟示

4.1.1 微小衛(wèi)星發(fā)展是值得關(guān)注的應(yīng)用方向

隨著技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用模式的改變，新一代微小衛(wèi)星所具有的開(kāi)放式設(shè)計(jì)理念、集群式應(yīng)用方式，以及商業(yè)化的發(fā)展模式，將會(huì)在未來(lái)空間技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用領(lǐng)域具備巨大的應(yīng)用潛力。

(1)遙感和空間探測(cè)。微小衛(wèi)星所具備的星群化運(yùn)行，使其具備高時(shí)空分辨率信息獲取優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)高精度近實(shí)時(shí)氣象監(jiān)測(cè)、空間環(huán)境監(jiān)測(cè)等系統(tǒng)應(yīng)用，并且結(jié)合大數(shù)據(jù)技術(shù)，在構(gòu)建全球地理信息大數(shù)據(jù)集方面具有巨大的應(yīng)用前景。而其分布式的特點(diǎn)，將使應(yīng)用多基地雷達(dá)的微小衛(wèi)星系統(tǒng)、稀疏孔徑綜合成像及分布式微小衛(wèi)星系統(tǒng)成為重要的發(fā)展方向。

(2)數(shù)據(jù)采集和網(wǎng)絡(luò)通信。微小衛(wèi)星標(biāo)準(zhǔn)化、低成本的特點(diǎn)，使其有可能實(shí)現(xiàn)成百上千顆衛(wèi)星部署，實(shí)現(xiàn)全球?qū)崟r(shí)覆蓋，可在數(shù)據(jù)采集、移動(dòng)通信及網(wǎng)絡(luò)星群等建設(shè)上具備發(fā)展?jié)摿Α６兄浦芷诙?、部署靈活等優(yōu)勢(shì)，將使應(yīng)急通信業(yè)務(wù)微小衛(wèi)星系統(tǒng)具備優(yōu)勢(shì)。

(3)科學(xué)與技術(shù)驗(yàn)證。微小衛(wèi)星可廣泛用于眾多科學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)和創(chuàng)新技術(shù)的驗(yàn)證。例如：導(dǎo)航中的X射線(xiàn)脈沖星測(cè)量與導(dǎo)航微小衛(wèi)星系統(tǒng)，深空探測(cè)中的數(shù)據(jù)中繼微小衛(wèi)星，太陽(yáng)、行星及近地小行星多目標(biāo)多任務(wù)探測(cè)微小飛行器等。此外，還包括空間站發(fā)射和伴飛微衛(wèi)星、可返回可重復(fù)使用微小衛(wèi)星、軌道或地外星球表面工作的微小智能機(jī)器人等。

4.1.2 微小衛(wèi)星發(fā)展可能帶來(lái)的問(wèn)題

在看到微小衛(wèi)星技術(shù)巨大潛力的同時(shí)，也應(yīng)當(dāng)充分認(rèn)識(shí)和預(yù)見(jiàn)到大規(guī)模微小衛(wèi)星系統(tǒng)的發(fā)展所帶來(lái)的問(wèn)題，這不僅表現(xiàn)在其對(duì)太空秩序的影響，也將表現(xiàn)在相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域。

(1)空間安全。由于微小衛(wèi)星壽命相對(duì)較短，并集中于低軌道，大量發(fā)射及壽命末期處理不當(dāng)將會(huì)造成空間碎片隱患。這在以往也許并不被認(rèn)為是威脅，但當(dāng)?shù)统杀镜奈⒓{衛(wèi)星在軌數(shù)量以幾何級(jí)數(shù)增加后，必將成為受到廣泛關(guān)注的重要問(wèn)題。另外，部分在軌微小衛(wèi)星存在未按規(guī)定占用軌位、工作頻率等問(wèn)題。微小衛(wèi)星未來(lái)將更加市場(chǎng)化和大眾化，使其制造和應(yīng)用的“準(zhǔn)入門(mén)檻”降低，如何規(guī)范軌道和頻率資源的申請(qǐng)和占用，將會(huì)成為一個(gè)國(guó)際性問(wèn)題，也會(huì)對(duì)空間安全造成一定的影響。

(2)衛(wèi)星運(yùn)行控制。大規(guī)模的組網(wǎng)運(yùn)行模式，以及不斷增加的用戶(hù)數(shù)和任務(wù)量，對(duì)傳統(tǒng)的衛(wèi)星運(yùn)行控制系統(tǒng)提出挑戰(zhàn)。有限的集中式測(cè)控和數(shù)據(jù)接收模式，將很難適應(yīng)超大規(guī)模星群的運(yùn)控；而大量分散式運(yùn)控系統(tǒng)的運(yùn)行和用戶(hù)指令的發(fā)布，將會(huì)帶來(lái)行業(yè)管理、配套產(chǎn)品市場(chǎng)規(guī)范等新應(yīng)用模式下的新問(wèn)題。

4.2 對(duì)我國(guó)微小衛(wèi)星發(fā)展的建議

我國(guó)應(yīng)充分認(rèn)識(shí)到微小衛(wèi)星快速發(fā)展所帶來(lái)的技術(shù)變革和創(chuàng)新前景，從而在技術(shù)模式和政策機(jī)制兩方面都應(yīng)不斷創(chuàng)新，以適應(yīng)和促進(jìn)我國(guó)微小衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展。

(1)技術(shù)與模式方面。要同時(shí)關(guān)注微小衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)技術(shù)和應(yīng)用技術(shù)兩方面的發(fā)展，關(guān)注微小衛(wèi)星領(lǐng)域前沿及趨勢(shì)，特別是高性能、智能化、網(wǎng)絡(luò)化方向，注重開(kāi)發(fā)關(guān)鍵性微系統(tǒng)部組件和微小型有效載荷，建立相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與常態(tài)化搭載物流體系，推動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)化與產(chǎn)業(yè)化。同時(shí)，應(yīng)發(fā)展現(xiàn)代信息技術(shù)，包括云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等與衛(wèi)星技術(shù)的融合交叉技術(shù)，開(kāi)發(fā)新型商業(yè)模式，構(gòu)建創(chuàng)新高效的研制模式和管理機(jī)制，激發(fā)市場(chǎng)活力。

(2)政策與機(jī)制方面。推動(dòng)制定微小衛(wèi)星發(fā)展戰(zhàn)略及規(guī)劃，營(yíng)造良好的發(fā)展環(huán)境，重點(diǎn)包括提供微小衛(wèi)星軌道資源與頻率資源的協(xié)調(diào)管理，支持相關(guān)機(jī)構(gòu)制定、提供技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與安全準(zhǔn)則，加強(qiáng)微小衛(wèi)星領(lǐng)域的政、產(chǎn)、學(xué)、研、用、金合作和國(guó)際交流，建立微小衛(wèi)星軍民融合與數(shù)據(jù)共享機(jī)制，完善微小衛(wèi)星地面運(yùn)營(yíng)管理機(jī)制，鼓勵(lì)和創(chuàng)新多元化投資方式來(lái)支持微小衛(wèi)星創(chuàng)新活動(dòng)，全面推動(dòng)微小衛(wèi)星健康、快速、創(chuàng)新發(fā)展。

5 結(jié)束語(yǔ)

微小衛(wèi)星的特點(diǎn)決定了其一直是航天新技術(shù)和新思想的活躍地帶，新的設(shè)計(jì)思想、新的技術(shù)思維和新的商業(yè)模式必將帶動(dòng)微小衛(wèi)星研制模式的變革。微小衛(wèi)星作為航天技術(shù)創(chuàng)新的一支重要力量，其戰(zhàn)略影響正在顯現(xiàn)，已逐漸成為航天新技術(shù)試驗(yàn)的重要載體和新概念產(chǎn)生的重要源泉，也將是空間系統(tǒng)和空間產(chǎn)業(yè)的重要平臺(tái)。我們應(yīng)當(dāng)關(guān)注當(dāng)前國(guó)際微小衛(wèi)星的發(fā)展熱潮，充分認(rèn)識(shí)到微小衛(wèi)星所代表的航天領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展，以及微小衛(wèi)星所帶來(lái)的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，建立有效機(jī)制，引領(lǐng)核心技術(shù)，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新發(fā)展。

References)

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(編輯：夏光)

Perspective on Development of Micro-small Satellites

LI Ming

(China Academy of Space Technology，Beijing 100094，China)

Micro-small satellites have some characteristics such as high functional density, high technical performance, short R&D time, low cost and easy deployment and application. Due to the development of new technologies, the continuing commercial investment and the diversification of launch mode, micro-small satellites have gone through rapid development in recent years. Diversifications of development models, technology innovation and deep influence by internet are the characteristics of micro-small satellites development. Micro-small satellites will have great application potential in communication, remote sensing, navigation，deep space exploration and science & technology experiment fields. To promote the development of micro-small satellite innovation, we should focus both on technology and policy. Grasping the cutting edge technology and application innovation, considering the problems caused by large-scale constellation operation, and comprehensive planning of mechanism and policy are all needed.

micro-small satellite； technology innovation； mode innovation

2016-11-01；

2016-11-15

李明，男，博士，研究員，博士生導(dǎo)師，國(guó)際宇航科學(xué)院院士、俄羅斯宇航科學(xué)院院士，現(xiàn)任中國(guó)空間技術(shù)研究院副院長(zhǎng)，科技委主任，主管空間技術(shù)研發(fā)、發(fā)展戰(zhàn)略研究等工作。Email:htq501@139.com。

V474

A

10.3969/j.issn.1673-8748.2016.06.001