现代微纳卫星发展与应用现状

摘要微纳感、此，文介导航微纳

关键1概及M 究热成部试验于微

发展（北要 在过去十纳卫星技术得通信、导航大力开展微介绍了国内外航姿控能力等纳卫星的发展键词 微纳卫星概述

卫星的发展MEMS 技术的热潮。进入2部分，广泛应验等诸多领域近几年，1微纳卫星范畴

展最具活力的现代北京市海淀区十几年中，随得到迅速发展航、空间科学、微纳卫星及其外微纳卫星的等方面进行了展建议。

星 微纳技术展经历了从小的迅速发展，1世纪后，随应用于数据通域。

图1～50kg 小卫星畴，尤其是1

的是立方体卫代微纳卫李明中国区友谊路104随着微纳技术展，逐渐从探索、新技术演示关键技术的研发展现状，重总结，在此基术 MEMS 技术卫星到大型卫星有效载随着航天技术信、数据传输1 2000-2013星发射数量呈～50kg 小卫星卫星，2013

年卫星发展明 姚娜 范春

国空间技术研号 北京514

(MNT)及微电索、试验阶段示验证以及教研究，加快其重点对微纳卫基础上，结合术 微纳卫星卫星再到小卫载荷的尺寸显术的发展，现输、地面环境年全球小卫星呈现逐年增长星发展活跃，年成功发射

1与应用现春石

研究院

42信箱222电子机械系统段转入业务化教育培训等诸其产业化进程卫星的供电能合微纳卫星的星平台

卫星的过程。显著减小，20现代微纳卫星境监测、空间星发射数量统长的趋势。20占国外小卫U 、1.5U 、

2现状

分箱，10009统(MEMS)技化、装备化运诸多领域得到程，具有十分能力、通信能的特点与发展。随着计算机世纪末出现星已经成为空间环境监测、统计

13年发射的星发射总数U 和3U

立方94）

技术的迅猛发运营阶段，并到了广泛应用分重要的意义能力、处理能展启示，提出机技术、微纳现了微纳卫星空间系统的重导航定位、的小卫星主要的近2/3。其

方体卫星共计展，并在遥用。因义。本能力、我国技术的研重要组科学

要集中其中，计

75

颗，图年微颗。2国2.1微纳等几化和的通纳通点关它是低成战纳力。件，兵提成惯会。小型等新型航超过小卫星2 (a) 2013年美国SpaceW 微纳卫星仍将

国内外发展国外发展现国际上已有大纳卫星。应用几个方面。

微纳卫星由于和低功耗要求通信有效载荷通信卫星星座关注的领域。“空间与导弹是美国军用通成本航天器的纳卫星效果”该卫星体积首颗卫星设提供战术通信新技术试验惯例，每年发已通过微纳型化、高性能新体制和新方

航天器提高功星发射总数的年成功发射小Works 咨询公将保持高速发展现状与分现状与分析大约100所用领域主要包于质量轻、体求十分苛刻。手荷容易实现，座可为海上、

弹防御司令部通信试验小卫的能力；②验证卫星转发到数积为10cm ×1设计寿命1年信服务。

是现阶段微纳射一批甚至几纳卫星验证的技能的卫星部件和方案。这些新技

功能密度比和50%。

小卫星所属国公司在2013年发展态势。到分析

析

大学和研究机括新技术试验体积小、可提手持通信设备因此基于通边疆、复杂山部-作战纳卫卫星星座的成证地面无人值数据中心的能10cm ×30cm 。该卫星星座纳卫星最重要几批新技术试技术包括微机和组件；还有技术试验不仅

智能化提供国家统计 (b)2月发布全2020年，全机构开展微纳验、对地观测提供功率有限备和微电子技通信应用的微山区、沙漠等星效果”（SM 员。该计划的值守传感器将能力；③为战m ，质量为4k 座由8颗卫星要的应用领域试验微纳卫星机电系统敏感有卫星编队高仅有力地促进

了很好的借鉴 2013年成功全球微纳卫星全球对1～50纳卫星研究，测、通信、战限，在实际应技术的飞速发微纳卫星最早等特殊区域提MDC-ONE ）的目标包括：将数据通过“战术终端提供kg ，全部采用星组成，这一域之一。近年星，从而为航感器、微型推高精度相对导进了微纳卫星

鉴，最终促进功发射小卫星星市场评估报0kg 小卫星的近30个国战术应用、航应用中，对有发展，使得微早进入商业化提供通信组网卫星于201①演示快速“空间与导弹供实时话音和用商用现货技一卫星星座布年来，欧美等航天新技术提推进器、星载导航、卫星网星自身的成熟

进航天技术的星质量分布统报告预测，未来的需求量将达国家和地区发航天工程教育有效载荷的微微小型化和低化应用。另外网能力，是值10年12月发速设计和研制弹防御司令部和短报文通信技术（COTS 布置后，将能等发达国家已提供及时的试载计算机等大网络化通信和熟和发展，也

的整体进步。 统计 来10达188发射了培训微小型功耗，微值得重发射，军用部－作的能）器能为单经形试验机大量微测控为大

例如，皮卫星太阳能电池试验台-2（PSSC-Testbed-2）卫星由美国航空航天公司（Aerospace）研制，于2011年7月发射成功。该卫星质量4kg，主要用于新型太阳电池试验。卫星配置了4台高氯酸铵固体火箭发动机，每台发动机能提供40ns的冲量，用于延长在轨时间或者进行主动脱轨。

随着“立方体卫星”技术和标准逐渐成熟，美国军、民航天部门均制定了大规模的基于“立方体卫星”的空间试验验证计划。2009年初，美国国家侦察局（NRO）为降低侦察卫星的研制风险，启动了一项利用“立方体卫星”作为空间试验平台进行新技术验证的“群落”（Colony）计划，批量采购“立方体卫星”，采取先平台后载荷的“两步走”战略，开展前沿技术在轨演示验证。美国国家侦察局首批订购了12颗“立方体卫星”，后续将陆续订购20～50颗“立方体卫星”，每颗“立方体卫星”单价约25万美元。从2012年起，美国国家侦察局开始面向立方体星提供搭载发射服务。

尽管微纳卫星在体积、质量和功率上的限制，使其在对地观测应用领域，地面分辨率和精度无法和传统航天器相比，但利用其成本和时间分辨率上的巨大优势，可能出现一系列创新的应用。

微纳卫星在对地观测应用领域最引人瞩目的当属美国Skybox Imaging公司分别于2013年11月21日和2014年7月8日发射的SkySat-1和SkySat-2两颗微小卫星，单星质量91kg，幅宽400km，轨道高度为450km，能够获得1m左右的高分辨率图像和高清晰度的视频。由于成本低廉，可以充分发挥多星星座的优势，达到地球上任意地点每天多次的重访，尤其是可以对某一敏感区域进行凝视观测，监测其动态变化，同时能够以“视频”方式获得比传统卫星图像更多的关于目标地区的动态信息。通过对图像和视频的大数据挖掘与分析，可以获得极其宝贵的信息，在军民领域具有巨大的应用前景和难以估量的商业价值。卫星将打破传统商业卫星的设计模式，可能带来遥感卫星产业的变革。

2013年底，Planet Labs公司筹划128星遥感网，其Flock/Dove立方体卫星目前已发射数十颗，卫星质量不到5kg，而分辨率可达3-5m。基于分布式多星星座方式实现高速重访，借助大数据和云计算等技术实现高分辨率图像处理与应用推送。

在战术应用领域，围绕小卫星成本低、研制周期短、批量化生产等特点，国外提出了众多体系创新概念。

自2003年美国空军提出“作战快速响应空间”（ORS, Operational Responsive Space）创新概念以来，该计划实现了长足发展，取得了平台标准化、模块化、高光谱星上处理、天基数据链等一批重要技术成果，形成了基本技术体系。在研发模式上，将常规卫星研发过程中的底层技术开发与卫星任务设计有效分割开来，可以极大降低飞行器总体设计难度，同时支持小批量的单元星预产，以实现快速按需配置设计，加快研制速度，最终实现“快速响应”总体效果，同时推动形成具有更广泛主体参与的开放型航天研发体制。从2011年起，ORS办公室对这一新兴体系的称谓又悄然升级为“空间再造体系”（RS，Reinventing Space），体现了

更为丰富的内涵和变革的雄心。

美军对快速响应空间体系高度重视，在国防部成立了专门的ORS办公室，并动员全国产学研机构建立了高水平的研究联盟。在ORS办公室的组织下，先后研制发射了TacSat系列、ORS-Sat系列、PnPSat系列、STPSat系列等多颗新技术卫星，这些卫星大部分都是微

小型和纳型卫星。值得一提的是，立方体卫星2003年首发成功后，旋即也被纳入该体系，得到统筹发展。至2010年以后，美国国防部和NASA双双介入新一代规格化纳星标准的制定及运送部署系统的开发，推出了NLAS等一箭多星搭载接口部署器系统，正式这些标准

化的部署器系统使得频繁的一箭数十星发射成为可能。经过十余年的努力，空间再造体系初见成效，业已形成涵盖各类箭弹、卫星、航天飞机、宇宙飞船和空间站的低成本快节奏搭载发射能力，实现了搭载发射的常态化和规模化。2013年底开始频繁开展的一箭30星发射活