現(xiàn)代小衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展趨向及應(yīng)用研究

姚云升

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現(xiàn)代小衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展趨向及應(yīng)用研究

姚云升

（西安北大科技園創(chuàng)新基地，陜西 西安 710061）

對現(xiàn)代小衛(wèi)星技術(shù)進(jìn)行分析，總結(jié)現(xiàn)代小衛(wèi)星技術(shù)對科技發(fā)展的影響，明確小衛(wèi)星技術(shù)的應(yīng)用模式，研究現(xiàn)代小衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展趨勢，旨在通過小衛(wèi)星技術(shù)研究方案的完善和小衛(wèi)星的科學(xué)運(yùn)用，促進(jìn)我國科技事業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。

小衛(wèi)星；遙感技術(shù)；組網(wǎng)能力；空間技術(shù)

在社會(huì)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行以及科技發(fā)展的過程中，以信息為核心的高新技術(shù)逐漸成為現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展中的重點(diǎn)。在微電子技術(shù)、新型材料以及能源技術(shù)發(fā)展的背景下，現(xiàn)代技術(shù)的運(yùn)用成為人們的關(guān)注焦點(diǎn)。在小衛(wèi)星技術(shù)研究中，其技術(shù)形成呈現(xiàn)出高速發(fā)展的狀態(tài)，主要是由于小衛(wèi)星技術(shù)質(zhì)量輕、體積小，而且研制周期相對較短，技術(shù)含量相對較高，在通信行業(yè)中可以得到有效運(yùn)用。但是，在現(xiàn)階段小衛(wèi)星技術(shù)運(yùn)用的過程中，盡管信息技術(shù)不斷發(fā)展，但還無法完全滿足行業(yè)的發(fā)展需求，因此，在技術(shù)運(yùn)用中，應(yīng)該構(gòu)建針對性的解決策略，有效提高小衛(wèi)星技術(shù)使用的價(jià)值性，實(shí)現(xiàn)小衛(wèi)星技術(shù)的多領(lǐng)域運(yùn)用。

1 現(xiàn)代小衛(wèi)星的技術(shù)分析

在現(xiàn)代小衛(wèi)星技術(shù)研究中，建立了采用微機(jī)械、微電子和輕型材料的發(fā)展模式。該種技術(shù)具有集成化、規(guī)模化的發(fā)展特點(diǎn)。對于小衛(wèi)星技術(shù)而言，在確定目標(biāo)和術(shù)選擇高新技時(shí)，可以增強(qiáng)系統(tǒng)的容量和性能，減小設(shè)備的體積，降低通信技術(shù)的使用風(fēng)險(xiǎn)，積極促進(jìn)現(xiàn)代小衛(wèi)星行業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。與傳統(tǒng)的大衛(wèi)星相比，在小衛(wèi)星技術(shù)的使用過程中，存在發(fā)射質(zhì)量低、體積小和機(jī)動(dòng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，且研究成本相對較低，設(shè)備的研發(fā)周期短，可以達(dá)到靈活發(fā)射的目的。

小衛(wèi)星作為現(xiàn)代信息技術(shù)中一種全新的技術(shù)形式，可以實(shí)現(xiàn)綜合性、完整性和標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)備運(yùn)用[1]。通過對小衛(wèi)星發(fā)展階段的研究，對現(xiàn)代小衛(wèi)星技術(shù)進(jìn)行分析，具體內(nèi)容如表1所示。

表1 現(xiàn)代小衛(wèi)星的發(fā)展階段

時(shí)間階段發(fā)展 20世紀(jì)80年代中期—90年代初期探索研究任務(wù)模式單一、衛(wèi)星系統(tǒng)簡單、設(shè)備運(yùn)行壽命短，探索小衛(wèi)星擴(kuò)大應(yīng)用范圍 20世紀(jì)90年代中期—21世紀(jì)初期高速發(fā)展廣泛采用高新技術(shù)、性能逐漸提升，是大衛(wèi)星的重要組成 21世紀(jì)初期以后提升階段通過高新技術(shù)的引入，實(shí)現(xiàn)科學(xué)管理方法的構(gòu)建，技術(shù)趨于成熟，使小衛(wèi)星開始取代部分大衛(wèi)星

2 小衛(wèi)星技術(shù)的運(yùn)用

2.1 空間遙感技術(shù)

現(xiàn)代小衛(wèi)星技術(shù)研究的主要目的是通過小衛(wèi)星獲得地球環(huán)境中的相關(guān)信息，包括空間分辨率、時(shí)間分辨率和光譜分辨率等。運(yùn)用空間分辨率技術(shù)可以獲得高分辨率的成像系統(tǒng)，充分滿足小衛(wèi)星技術(shù)的研究需求。例如，以色列通過空間遙感技術(shù)的運(yùn)用，研究出偵查小衛(wèi)星，這種小衛(wèi)星無論是在微波成像系統(tǒng)還是在分辨率中，都達(dá)到了國際發(fā)展水平。

2.2 空間通信和導(dǎo)航技術(shù)

通過小衛(wèi)星技術(shù)的研究可以發(fā)現(xiàn)，小衛(wèi)星的組成可以實(shí)現(xiàn)全球的實(shí)時(shí)通信和個(gè)人通信，也就是任何人，在任何地點(diǎn)、任何對象和任何方式下，都可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)通信。例如，在20世紀(jì)90年代，全球共有十多個(gè)小衛(wèi)星通信星座，在空間穩(wěn)定運(yùn)行十幾年，這些衛(wèi)星在全球通信中發(fā)揮了十分重要的作用。到了21世紀(jì)，又持續(xù)發(fā)展出第二代小衛(wèi)星通信模式，不同的星斗都由幾十個(gè)小衛(wèi)星組成。在這些小衛(wèi)星系統(tǒng)研究的過程中，逐漸降低了小衛(wèi)星的研究成本，而且技術(shù)更具優(yōu)勢，為現(xiàn)代各個(gè)行業(yè)的信息傳輸和信息處理提供了支持。

2.3 空間技術(shù)實(shí)驗(yàn)及演示

對于現(xiàn)代小衛(wèi)星而言，一半以上的小衛(wèi)星承擔(dān)了空間技術(shù)試驗(yàn)和項(xiàng)目演示任務(wù)，其中有空間實(shí)驗(yàn)演示小衛(wèi)星、應(yīng)用小衛(wèi)星等。通過這些新技術(shù)、新設(shè)計(jì)思路和新應(yīng)用技術(shù)的確定，充分滿足空間軌道的驗(yàn)證及運(yùn)用需求，而且這些空間技術(shù)實(shí)驗(yàn)及演示是現(xiàn)代空間技術(shù)發(fā)展的重要體現(xiàn)[2]。

2.4 深空探測技術(shù)

深空探測技術(shù)的研究需要大量經(jīng)費(fèi)支持，而且存在著風(fēng)險(xiǎn)大的問題，在研究的一段時(shí)間內(nèi)，這項(xiàng)研究支出逐年減少。但是，在現(xiàn)代小衛(wèi)星技術(shù)研究過程中，技術(shù)形式呈現(xiàn)出成熟發(fā)展的趨勢，其中深空探測活躍并逐漸發(fā)展，尤其是小衛(wèi)星，可以組成群星、星座和編隊(duì)飛行模式，改變了以往無法探測研究項(xiàng)目的狀況，實(shí)現(xiàn)了深空探測技術(shù)的穩(wěn)定發(fā)展。在之后的小衛(wèi)星技術(shù)發(fā)展中，需要不斷研究類地行星探測、X射線干涉成像技術(shù)等。

2.5 軍事應(yīng)用技術(shù)

在小衛(wèi)星技術(shù)運(yùn)用中，其技術(shù)形式通常包括了小型衛(wèi)星、微型衛(wèi)星和皮星等。對于軍事領(lǐng)域而言，這些技術(shù)的運(yùn)用可以充分滿足軍事行業(yè)的發(fā)展需求，有效防范敵方侵犯。而且，小衛(wèi)星在軍事領(lǐng)域中可以拓展防攻空間，滿足軍事領(lǐng)域的發(fā)展需求。因此，在現(xiàn)階段小衛(wèi)星技術(shù)研究中，應(yīng)該針對小衛(wèi)星的研究模式進(jìn)行軍事領(lǐng)域科學(xué)技術(shù)的研究，旨在通過小衛(wèi)星技術(shù)的創(chuàng)新，提高軍事領(lǐng)域信息處理的有效性[3]。

2.6 多種配置聯(lián)合技術(shù)

小衛(wèi)星技術(shù)的運(yùn)用可以滿足多個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展需求，因此，在小衛(wèi)星技術(shù)創(chuàng)新中，可以進(jìn)行多種配置的聯(lián)合運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)信息技術(shù)的全面資源共享。例如，面對全球火災(zāi)、海嘯等自然災(zāi)害，可以通過小衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，并根據(jù)觀測到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)報(bào)警。在現(xiàn)階段小衛(wèi)星的研究中，其中的光學(xué)成像分辨率通常可以達(dá)到0.5～1 m，全天的候微波雷達(dá)（SAR）呈現(xiàn)分辨率為1 m，將這些小衛(wèi)星組成星座時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)對全球的觀測，提高衛(wèi)星群的數(shù)據(jù)分辨率[4]。

3 現(xiàn)代小衛(wèi)星的發(fā)展趨勢

3.1 增加有效載荷，提升運(yùn)行性能

在現(xiàn)階段科學(xué)技術(shù)逐漸發(fā)展的背景下，小衛(wèi)星的有效載荷是衛(wèi)星十分重要的組成部分。在衛(wèi)星平臺(tái)中，應(yīng)該結(jié)合各個(gè)分系統(tǒng)的設(shè)計(jì)狀況，進(jìn)行有效荷載的設(shè)計(jì)分析，逐漸提高小衛(wèi)星設(shè)計(jì)的有效性。通常狀況下，在為現(xiàn)代小衛(wèi)星增加有效載荷，提升運(yùn)行性能的過程中，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：①減少小衛(wèi)星的結(jié)構(gòu)重量，不斷增加小衛(wèi)星的有效荷載種類和相關(guān)比重，為小衛(wèi)星使用性能的提升提供支持；②通過碳化硅、微晶玻璃等光學(xué)材料的運(yùn)用，使小衛(wèi)星的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)輕量化、機(jī)械化和熱穩(wěn)定性，有效減輕小衛(wèi)星的結(jié)構(gòu)比重；③在小衛(wèi)星設(shè)計(jì)及發(fā)展的過程中，為了增加小衛(wèi)星的效能及比重，應(yīng)通過天線、轉(zhuǎn)發(fā)器的使用，增強(qiáng)小衛(wèi)星的傳輸保障能力，滿足小衛(wèi)星的使用需求[5]。

3.2 實(shí)現(xiàn)自主運(yùn)行，提高組網(wǎng)能力

在小衛(wèi)星技術(shù)研究、發(fā)展過程中，應(yīng)不斷提升對小衛(wèi)星的自主研究能力，逐漸減少地面測網(wǎng)控制設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)費(fèi)用的降低，而且在整個(gè)技術(shù)創(chuàng)新中，也應(yīng)實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星的高度自主運(yùn)行，為小衛(wèi)星的技術(shù)運(yùn)用提供支持。對于星座組網(wǎng)而言，在使用的過程中，雖然可以實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星技術(shù)運(yùn)用的多樣化，實(shí)現(xiàn)通信的大通量，但是在系統(tǒng)組成中，需要較多的衛(wèi)星進(jìn)行支撐，在某種程度上對衛(wèi)星信息技術(shù)的要求較高，這會(huì)給整個(gè)測繪工作帶來一定的難度。因此，在現(xiàn)代小衛(wèi)星技術(shù)研究中，提高衛(wèi)星的自主能力、實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星的高效運(yùn)行，是現(xiàn)代小衛(wèi)星研究中的關(guān)注焦點(diǎn)。

3.3 提高技術(shù)形式，延長使用壽命

通過對現(xiàn)代小衛(wèi)星技術(shù)的研究可以發(fā)現(xiàn)，通常會(huì)用到太陽能電池陣、蓄電池組聯(lián)合電源等，但是，在運(yùn)用這些技術(shù)的過程中，存在著利用率相對較低的問題，無法滿足現(xiàn)代小衛(wèi)星的技術(shù)創(chuàng)新需求，因此，在現(xiàn)階段小衛(wèi)星技術(shù)研究中，需要解決太陽能轉(zhuǎn)換不高的問題。而且在小衛(wèi)星中，電源質(zhì)量相對較大，限制了小衛(wèi)星性能的提升，所以在小衛(wèi)星技術(shù)創(chuàng)新中，高效率、質(zhì)量輕和低成本的電源需求設(shè)計(jì)也是研究重點(diǎn)，以便通過電源的科學(xué)設(shè)計(jì)延長小衛(wèi)星的使用壽命[6]。

4 結(jié)束語

總而言之，在現(xiàn)階段小衛(wèi)星技術(shù)研究中，應(yīng)該將小衛(wèi)星信息技術(shù)的運(yùn)用作為重點(diǎn)，通過小衛(wèi)星使用狀況的分析，深入研究小衛(wèi)星技術(shù)內(nèi)容，全面提升小衛(wèi)星使用的技術(shù)性和技能性。在現(xiàn)階段小衛(wèi)星技術(shù)研究中，應(yīng)該結(jié)合小衛(wèi)星的技術(shù)特點(diǎn)和未來的發(fā)展需求，創(chuàng)新小衛(wèi)星研究方法。通過有效載荷增加、運(yùn)行性能提升、組網(wǎng)模式構(gòu)建和技能源的創(chuàng)新等，延長小衛(wèi)星的在軌運(yùn)行壽命，為現(xiàn)代小衛(wèi)星的技術(shù)研究和技術(shù)創(chuàng)新提供參考。

［1］郭田田.志存高遠(yuǎn)功在霄漢——記我國著名小衛(wèi)星技術(shù)專家張永維［J］.中國科技成果，2012（12）：78-80.

［2］喬毅，李曉宇，趙田.小衛(wèi)星技術(shù)典型軍事應(yīng)用分析［J］.國外電子測量技術(shù)，2017，36（3）：47-50.

［3］陸征.創(chuàng)新與未來——暨2013年小衛(wèi)星技術(shù)交流會(huì)［J］.國際太空，2013（12）：73.

［4］林來興.分布式空間系統(tǒng)——小衛(wèi)星內(nèi)藏大乾坤［J］.太空探索，2012（5）：32-33.

［5］慕非，高劍.為小衛(wèi)星技術(shù)發(fā)展注入創(chuàng)新活力——第四屆小衛(wèi)星技術(shù)交流會(huì)召開［J］.衛(wèi)星應(yīng)用，2017（8）：76-76.

［6］魏偉，周磊，黨進(jìn)偉.基于小視場星跟蹤器的天文/慣性/衛(wèi)星組合導(dǎo)航系統(tǒng)半實(shí)物仿真技術(shù)研究［J］.現(xiàn)代導(dǎo)航，2017，8（3）：166-172.

2095－6835（2019）02－0158－02

P228

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.02.158

〔編輯：王霞〕