微小卫星的发展

微星之光

微小卫星的发展

石卫平　潘坚

(中国航天信息中心)

1　定义

□□国际上对小卫星的叫法有很多,如小卫星(Sm allSat),廉价的卫星(Cheap sat),微卫星(M icroSat),超小卫星(M in iSat),纳卫星(N anoSat),皮卫星(P icoSat),等等。美国国防高级研究计划局(DA R PA)则把这些卫星统称之为轻卫星(L igh tSats),美国海军航天司令部称之为SP I N Sat’s(Sin2 gle Pu rpo se Inexpen sive Satellite Sys2 tem s——用途单一的廉价卫星系统),美国空军称之为TA CSat’s(T actical Satel2 lites——战术卫星)。

实际上小卫星在航天事业的早期就有了,卫星发展最初就是从简单小卫星起步的。即使在20世纪70年代和80年代大型航天器占主导地位的时代,亦可发现小卫星的身影。从20世纪80年代中期开始,世界航天界兴起了发展小卫星的热潮。随着对小卫星认识的不断加深,人们意识到仅仅以重量作为划分小卫星的依据是不够的,必须引入“功能密度”的概念。功能密度是指卫星每千克重量所能提供的功能。例如,每千克太阳电池提供100W功率,就比每千克太阳电池提供20W功率提高了4倍功能密度。按照功能密度划分,小卫星可分为简单小卫星和现代小卫星两种。我们现在通常说的小卫星是指现代小卫星。

对于小卫星的分类有许多版本,比较典型的有以下两种。美国航空航天公司(A ero sp ace)在1993年对小卫星、微卫星和纳卫星做了以下定义:小卫星是一种可用常规运载器发射的航天器,质量为10～500kg;微卫星定义为所有的系统和子系统都全面体现了微型制造技术,并可实现一种实用功能,质量为011～10kg;纳卫星是一种尺寸减小到最低限度的微卫星,其功能有赖于一种分布式星座结构来实现,质量小于011kg。不过目前更流行的卫星分类方法是英国萨瑞大学提出来的(如表1),本文将采用这种分类方法。

表1　卫星的分类名　称质量(含燃料) kg 大卫星(L argeSat)>1000

中卫星(M ediSat)500～1000

超小卫星(M iniSat)100～500

微卫星(M icroSat)10～100

纳卫星(N anoSat)1～10皮卫星(P icoSat)011～1飞卫星(Fem toSat)<011

小卫星(Sm allSat)

结合国际上小卫星技术的发展趋势和我国对微小卫星的需求现状,本文将重点介绍100kg以下的微小卫星。

2　各国微小卫星的发展现状

微小卫星作为小卫星家族中的一员,具有小卫星的共性特点,并且由于其重量、体积的特点,因而适合用于技术试验、科学试验和大学教学,也可以组成低轨道卫星通信星座。此外,微小卫星的一个突出特点是技术扩展性强,从微小卫星这一技术平台出发,可进一步向微小化发展而研制纳卫星;或向多用途化发展而研制小卫星;或向集群化发展而研制微小卫星星座;还可以向深空探测发展而研制小型深空探测器。

微小卫星由于具有技术扩展性强的特点,不仅受到世界主要航天大国的重视,同时也被许多中、小发达国家和新兴的发展中国家作为发展小卫星技术的切入口,它们积极通过合作研制或自行研制的方式发展微小卫星。美国、英国和日本等国在微小卫星技术领域处于领先地位。

211　美国

美国凭借其雄厚的技术基础已经走在小卫星发展的最前列。在美国,以DA R PA 为首的军方一直对小卫星的发展寄予厚望, ADR PA每年为小卫星发展投资3500万美元。美国航宇局(NA SA)也十分重视小卫星的发展,先后提出了“小卫星技术创新计划”和“新盛世计划”等一系列小卫星发展计划。

美国的光谱航天公司(Spectrum A stro)是美国国防部和NA SA小卫星的主要承包商。光谱航天公司为菲利普实验室研制了强力星-2(M igh tySat-2),首颗强力星-2于2000年7月19日发射成功。强力星-2卫星直径68c m,高91c m,重120kg。星上携带多种设备,其中“傅里叶变换超光谱成像仪”(FTH S I)最引人注目,被认为是世界上第一个进入轨道的实用超光谱系统。FTH S I能产生150个窄光谱段,其光谱分辨率优于目前在轨的多光谱成像仪的10倍多。

美国其他生产小卫星的公司主要有轨道科学公司、CTA空间系统公司、TRW公司、航空宇宙公司(A eroA stro)、鲍尔公司和航空航天公司。

212　英国

英国的萨瑞大学独家拥有萨瑞卫星技术有限公司(Su rrey Satellite T echno logy L td1),它在欧洲处于领先位置。萨瑞大学研制小卫星的特点是低成本(百万英镑)、短周期(研制周期1～2年)、高效益、高效率、技术先进和管理现代化。萨瑞大学重视微小卫星平台的通用化、系列化,其开发的50kg 级微小卫星平台技术已很成熟,在世界范围内得到广泛应用。萨瑞公司正在进行的微小卫星项目有:为英国国防发展与研究局(D ERA)研制的“战术光学卫星”(Top sat),这是1颗军民两用卫星,重100kg,可拍摄分辨率215m的黑白地面图像和分辨率5m的彩色图像;由5颗遥感卫星组成的“灾难监视星座”(D isaster M on i2 to ring Con stellati on),每颗卫星重约50kg; E卫星星座,它由6颗重130kg的微小卫星组成,用于远程应用测量,头3颗卫星已被美国直播卫星公司(DB S)购买,将在2001年发射;土耳其的T u rb itak-B ilten卫星,重100kg,可拍摄分辨率12m的全景图像和分辨率26m的多光谱图像;“双子座”(Gem in i)卫星,这是1颗静止轨道微小卫星,可用于提供电话、电视和广播等通信业务。

213　日本

日本很重视发展小卫星,早在1990年就成立了小卫星研究会。在一开始日本就把