現代小衛星最突出的成就

□ 林來興

傳統小衛星經歷將近20多年歷史，技術水平不斷提高，應用向全方位擴展。分布式系統是小衛星應用最大的特點，特別是小衛星編隊飛行更是空間技術在應用領域一個創舉，也是空間技術今后一個重要發展方向。

高分辨率對地遙感

小衛星在空間遙感方面的應用主要是通過小衛星獲得地球環境有關信息。表示這些信息技術水平有幾個指標，分別是空間分辨率、時間分辨率和光譜分辨率等。在軍事、地震、火災、水災等遙感信息應用方面，對空間分辨率和時間分辨率都要求特別高，小衛星的高分辨率成像系統是對空間遙感技術一次顛覆性的成就。

例如以色列研發的地平線系列偵察小衛星非常成功。無論光學或者微波（合成孔徑雷達）成像系統分辨率完全達到當前國際水平(0.5米~1米)，而以色列所花費用估計低于美國類似衛星近一個數量級，研制周期僅為美國的1/2到1/3。

最近20年來，光學成像分辨率提升3個數量級（由1千米到1米），分辨率的提高幾乎按“摩爾定律”在發展。圖1表示英國薩利大學研制微小衛星光學成像分辨率隨年代提高。圖1中各個黑點表示某顆衛星在那年代所達到分辨率，紅線表示這些典型衛星光學成像分辨率平均值。圖中綠線表示按“摩爾定律”每隔2年分辨率翻一番。從圖中可以清楚看到：平均值紅線與綠線非常吻合，幾乎沒有什么差別。這說明：在這20年里，這些微小衛星的光學成像分辨率完全按“摩爾定律”在發展。

北京1號

圖1 微小衛星光學成像全色分辨率隨年代變化（摩爾定律）1——UoSAT-5，1991年發射，衛星質量50千克，全色分辨率1000米；2——POSAT-1，1992年發射，衛星質量50千克，全色分辨率200米；3——FASat-B，1998年發射，衛星質量55千克，全色分辨率90米；4——Tsinghua-1，2000年發射，衛星質量49千克，全色分辨率40米；5——KITSAT-3，2003年發射，衛星質量110千克，全色分辨率15米；6——Beijing-1，2005年發射，衛星質量160千克，全色分辨率4米；7——RajakSat，2009年發射，衛星質量180千克，全色分辨率2.5米。

圖1中的黑點，僅是一個典型代表，類似微小衛星還不少，這里不能全部例舉出來。根據薩瑞小衛星技術公司（SSTL）預計當微小衛星質量增加到200千克，光學成像全色分辨率可達到0.5米，時間大約在2013年以后。

空間通信和導航

利用小衛星組成星座實現全球實時通信和個人通信，可做到五個“5W”，即任何人（Whoever）在任何地點（Wherever）和任何時間（Whenever），可與任何人（Whomever）采用任何方式（Whatever）進行通信。

上世紀90年代全球有十多個小衛星通信星座（例如：銥星、全球星、軌道通信等），在空間成功運行十幾年，發揮巨大作用。進入本世紀以后，這些星座又將繼續發射第二代小衛星通信星座，每個星座都由幾十顆小衛星組成。它們的經濟成本將進一步下降，而技術性能將更大提高。上世紀80年代～90年代蘇聯曾1箭6星～8星，發射數據通信小衛星星座，衛星重220千克～250千克；同時，美國在上世紀90年代發射軌道通信衛星星座（Orbcomm），衛星重50千克～60千克。現在由沙特阿拉伯1箭11星發射的納星數據通信星座（2007年4月17日）所替代，該星座由24顆重12千克的納星組成，現已成功發射十幾顆，其他納星不久也將發射。由此可見，衛星質量比前者減輕一個數量級，比后者減輕一倍以上，同樣成本費用也將大量降低。

由現代小衛星星座組成空間互聯網，實現上述五個W功能，當前尚未完全達到，主要是經濟因素，目前世界互聯網都在地面上，經費成本低，但是對邊遠地區、水災或火災地區、戰爭以及地面站受破壞等等來說，空間互聯網將占據絕對優勢。為此利用小衛星組成星座實現全球實時通信和個人通信具有巨大潛力。

伽利略導航衛星星座

從上到下分別是“戰術星”1~4

導航衛星過去都是采用大衛星 ，現在已經改為小衛星，例如：伽利略導航衛星系統采用30顆質量為640千克的小衛星組成星座。

實驗與演示

美國FASTSAT計劃中的小衛星

到目前為止，在成功發射的一千多顆現代小衛星中，一半以上都承擔了空間技術實驗與演示任務（包括專用空間實驗演示小衛星和應用小衛星具有附帶實驗任務）。這是因為，小衛星提供了廉價、及時又方便進行實驗的最佳途徑，使許多新技術、新設計思想和新應用能夠快速在空間得到驗證和應用。這也是最近十多年來空間技術水平迅速提高的重要原因。

深空探測

由于需要大量經費和風險太大，深空探測任務一度逐年減少。隨著現代小衛星的發展與成熟，深空探測近年開始活躍起來。美國從1997年以后深空探測基本都采用小衛星。特別是由于小衛星可以組成星群、星座和編隊飛行，許多過去無法想象的項目，現在都可以實現。令人期待的是，在今后5年~15年期間，將有許多小衛星編隊飛行進行史無前例的深空探測。例如：類地行星探測（TPF），X射線干涉成像（MAXIM）等。

軍事應用

小衛星包括小型衛星、微星、納星和皮星各種類型，軍事應用方興未艾，已成為有效抑制敵方侵犯必不可少的手段。

美國波音公司在2006年世界小衛星會議發表一篇報告說：對軍事安全來說，小衛星的現在和將來都將成為美國政府一個重要財富。報告還論證了小衛星在軍事上極其重要的用途，特別是空間攻防方面。

由于小衛星具有研制周期短、能夠快速響應、機動靈活和及時更換新技術等優點，非常適合軍事應用。例如最近美國正在研究快速響應空間系統（ORS），基本上采用小衛星技術。該系統目前已成功發射4顆“戰術星”小衛星，完全滿足軍方提出的“三性”（快速性、全球性、經濟性）要求。