小衛(wèi)星越來越小，發(fā)射量越來越多

林來興（北京控制工程研究所）

現(xiàn)代小衛(wèi)星出現(xiàn)和興起，至今已有30來年。小衛(wèi)星在技術(shù)上快速發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域全面展開，應(yīng)用效益日益增長，特別是質(zhì)量在50kg以下的微小衛(wèi)星。

1 微小衛(wèi)星近十年發(fā)展概況

2017年8月，美國空間市場企業(yè)公司（SEI）在第31屆小衛(wèi)星會議上公布了微小衛(wèi)星2017－2023年的市場預(yù)測。

根據(jù)預(yù)測數(shù)據(jù)，2017－2023年，正常情況（圖中深藍(lán)色）下，全球?qū)l(fā)射近1760顆質(zhì)量在50kg以下的微小衛(wèi)星，平均每年發(fā)射251顆；樂觀情況（圖中淺藍(lán)色）下，全球?qū)l(fā)射近2400顆質(zhì)量在50kg以下的微小衛(wèi)星，平均每年發(fā)射343顆。

在用戶分布上，2009－2016年發(fā)射的微小衛(wèi)星中，40%為商業(yè)用戶，28%為政府用戶，其余32%為科研與技術(shù)試驗(yàn)。2017－2019年，預(yù)計(jì)商業(yè)用戶上升至70%，政府用戶下降至10%，其余20%為科研與技術(shù)試驗(yàn)，發(fā)射量增加主要為商業(yè)需求驅(qū)動。

在應(yīng)用領(lǐng)域分布上，2009－2016年發(fā)射的微小衛(wèi)星中，對地觀測衛(wèi)星占43%，技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星占42%。根據(jù)2017－2019年的應(yīng)用預(yù)測，對地觀測衛(wèi)星將上升到64%，技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星下降到14%，微小衛(wèi)星技術(shù)已經(jīng)走上成熟應(yīng)用階段。

由于質(zhì)量小于50kg微小衛(wèi)星中，絕大部分（約90%）是10kg以下的納型衛(wèi)星，11～50kg的微小衛(wèi)星僅占10%左右，說明納型衛(wèi)星也在走向?qū)嵱秒A段。

2 小衛(wèi)星越來越小的原因分析

經(jīng)過調(diào)查研究，小衛(wèi)星越來越小的原因可以歸納為以下幾個方面。

1）芯片技術(shù)、電子設(shè)備、計(jì)算機(jī)（包括軟件）和信息技術(shù)等迅速發(fā)展，市場上的產(chǎn)品和設(shè)備性能日益提高，但價格持續(xù)下降。微小衛(wèi)星充分利用這些產(chǎn)品，經(jīng)過一定篩選后完全符合發(fā)射升空的要求——這是保證微小衛(wèi)星飛速發(fā)展的物質(zhì)條件。

2）立方體衛(wèi)星組成納型/微型衛(wèi)星，易于標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化。目前國際上已經(jīng)有多家企業(yè)專門制作和出售1U、2U、3U等立方體衛(wèi)星結(jié)構(gòu)部件，以及一些典型模塊，如星敏感器，微小型飛輪等。用戶可以按需選購，也可以根據(jù)新要求定購。采用這些標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化產(chǎn)品，既方便經(jīng)濟(jì)，又能保證可靠性。

3）微型推進(jìn)系統(tǒng)技術(shù)逐漸成熟。推進(jìn)系統(tǒng)的一個主要技術(shù)指標(biāo)是每千克質(zhì)量能提供的速度增量大小，目前微小衛(wèi)星冷氣推進(jìn)的速度增量已經(jīng)達(dá)到20～30 m/s，其他的推進(jìn)系統(tǒng)將來有望達(dá)到更高水平。此外，無毒綠色推進(jìn)器已經(jīng)成功應(yīng)用于微小衛(wèi)星，例如“天空”（SkySat）衛(wèi)星。

4）微小衛(wèi)星姿態(tài)確定和控制系統(tǒng)逐漸成熟，微小衛(wèi)星基本上已經(jīng)從被動姿態(tài)穩(wěn)定（自旋、重力精度、磁穩(wěn)定）發(fā)展為主動三軸姿態(tài)控制，指向精度優(yōu)于0.1°～0.05°，在實(shí)驗(yàn)室可達(dá)到秒級。僅在一些特殊需要下，微小衛(wèi)星才采用被動姿態(tài)穩(wěn)定，且姿控系統(tǒng)質(zhì)量大大減輕。

5）微米納米技術(shù)快速發(fā)展，使得微/納機(jī)電系統(tǒng)在微小衛(wèi)星上得以成功應(yīng)用。

6）星上電源技術(shù)獲得突破。目前微小衛(wèi)星星上電源已采用如下技術(shù)：三結(jié)輕型太陽電池片，效率在30%左右；蓄電池采用鋰電池，技術(shù)指標(biāo)為200～300W·h/kg；電源控制采用星上計(jì)算機(jī)和軟件，從而達(dá)到最佳電源功率分配使用，合理充放電，使電源達(dá)到最好使用狀態(tài)。若將來進(jìn)一步將石墨烯作為電池，星上電源的性能將獲得極大提升。

由于上述原因，小衛(wèi)星越來越小，星上功能密集度迅速提高。若加上下列兩項(xiàng)原因，微小衛(wèi)星的發(fā)射量將越來越多。

1）微小衛(wèi)星成本低、研制周期短、應(yīng)用效益越來越好。當(dāng)前，國外已有多家私營企業(yè)進(jìn)行微小衛(wèi)星的開發(fā)和研制，這說明微小衛(wèi)星具有良好的商業(yè)價值。除此以外，由于進(jìn)入微小衛(wèi)星門檻低，全世界高校和部分科研單位都積極參與研發(fā)，并引進(jìn)商業(yè)競爭機(jī)制，形成了一支巨大的科研力量，促進(jìn)技術(shù)水平快速提高。

2）低成本運(yùn)載火箭發(fā)展迅猛。過去對小衛(wèi)星來說，尋找合適的運(yùn)載火箭搭載機(jī)會少且費(fèi)用昂貴，一般發(fā)射費(fèi)用超過小衛(wèi)星本身費(fèi)用。現(xiàn)在發(fā)射成本不斷降低，極大增加了小衛(wèi)星發(fā)射機(jī)會，“一箭多星”已成為常態(tài)，甚至出現(xiàn)了一箭上百顆微小衛(wèi)星。

發(fā)射量多說明需求大，應(yīng)用領(lǐng)域多。同時，由于商業(yè)競爭，企業(yè)希望爭取更多用戶，要求降低成本，從而也促使衛(wèi)星越來越小。由此得出結(jié)論：小衛(wèi)星越來越小與發(fā)射量越來越多，二者相互促進(jìn)、相互補(bǔ)充。

3 結(jié)束語

21世紀(jì)以來，微小衛(wèi)星迅速發(fā)展，衛(wèi)星越來越小，發(fā)射量越來越多，這主要得益于微小衛(wèi)星面向社會開放。引進(jìn)商業(yè)競爭機(jī)制，鼓勵私營企業(yè)開發(fā)衛(wèi)星，完全符合我國當(dāng)前倡導(dǎo)“大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新”的精神，將促使微小衛(wèi)星進(jìn)一步發(fā)展。