納米衛(wèi)星：“人小鬼大”的空天裝備

美國(guó)海軍正在考慮通過(guò)一項(xiàng)使用納米衛(wèi)星的計(jì)劃來(lái)減少成本。近日，據(jù)外媒報(bào)道，在太平洋中心太空和海洋作戰(zhàn)系統(tǒng)的支持下，太空系統(tǒng)項(xiàng)目執(zhí)行辦公室正在發(fā)展一種被稱(chēng)為一體化通信拓展能力體的低成本納米衛(wèi)星，也叫“冰帽”。該衛(wèi)星長(zhǎng)度不足30厘米，質(zhì)量不足11千克，預(yù)計(jì)在2015年進(jìn)行一次發(fā)射，有望展現(xiàn)其在北極和大半個(gè)世界間中繼信號(hào)的能力，以及通過(guò)海軍移動(dòng)用戶目標(biāo)系統(tǒng)的安全網(wǎng)絡(luò)向用戶傳送數(shù)據(jù)的能力。

納米衛(wèi)星，又叫納星，通常指質(zhì)量小于10千克、具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的衛(wèi)星。納米衛(wèi)星由于體積小、成本低、可快速發(fā)射和批量生產(chǎn)、隱蔽性好、生存能力強(qiáng)，特別適用于未來(lái)空天戰(zhàn)爭(zhēng)和信息化戰(zhàn)爭(zhēng)，具有巨大的軍事應(yīng)用價(jià)值。

納米衛(wèi)星誕生于實(shí)際需要

一般意義上，我們將衛(wèi)星按特定質(zhì)量級(jí)別進(jìn)行區(qū)分，一般質(zhì)量在10～100千克的稱(chēng)為微型衛(wèi)星，而質(zhì)量只有1～10千克的小衛(wèi)星，就被稱(chēng)為納米衛(wèi)星。隨著運(yùn)載火箭推力的提升以及衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展，大型多功能衛(wèi)星開(kāi)始出現(xiàn)，大衛(wèi)星的制造需要高昂的成本，其發(fā)射風(fēng)險(xiǎn)也大大增加，一旦發(fā)射失敗將會(huì)造成嚴(yán)重的損失。因此，低成本、易發(fā)射的微小衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展又被正式納入議題。

世界上第一顆數(shù)字式中繼衛(wèi)星——TDRS通信衛(wèi)星

對(duì)于納米衛(wèi)星技術(shù)的研究可以追溯到1984年美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局的全球低軌道信息中繼計(jì)劃。與傳統(tǒng)的衛(wèi)星發(fā)展方式不同，該計(jì)劃在不到一年的時(shí)間內(nèi)就成功制造了一顆數(shù)字式中繼衛(wèi)星，花費(fèi)只有100萬(wàn)美元。受限于當(dāng)時(shí)的材料技術(shù)和設(shè)計(jì)制造能力，該星的體積和質(zhì)量依然較大，但它通過(guò)航天飛機(jī)在空天成功發(fā)射，并迅速完成了職能使命，標(biāo)志著微小衛(wèi)星技術(shù)重新得到了航天界的重視。

納米衛(wèi)星的概念最早由美國(guó)宇航公司于1993年提出，衛(wèi)星整體由分層的半導(dǎo)體芯片和微型儀器以及其他分系統(tǒng)組成，未來(lái)質(zhì)量可以降低到0.1千克以下，通過(guò)衛(wèi)星組網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)空間大范圍繪圖和地面戰(zhàn)場(chǎng)導(dǎo)引等諸多功能?？梢哉f(shuō)，納米衛(wèi)星是衛(wèi)星設(shè)計(jì)思想上的一個(gè)巨大變革，成為各國(guó)廣泛關(guān)注的新技術(shù)。未來(lái)信息化條件下局部戰(zhàn)爭(zhēng)在時(shí)間上的突發(fā)性、爆發(fā)地點(diǎn)的不確定性等戰(zhàn)況，尤其需要各國(guó)根據(jù)需要應(yīng)急發(fā)射小衛(wèi)星。納米衛(wèi)星的這一軍事應(yīng)用價(jià)值也引起了各航天大國(guó)的高度關(guān)注。

各國(guó)競(jìng)相發(fā)展的航天界“新寵”

與其他類(lèi)型的衛(wèi)星相比，納米衛(wèi)星的優(yōu)點(diǎn)在于質(zhì)量輕、體積小巧、便于設(shè)計(jì)研發(fā)、可以平臺(tái)化集成、制造周期短并且成本低廉。而且還可以通過(guò)各種先進(jìn)的衛(wèi)星通信系統(tǒng)直接操作衛(wèi)星，是各國(guó)競(jìng)相發(fā)展的航天界“新寵”。

為降低發(fā)射費(fèi)用，納米衛(wèi)星常采用一箭多星的發(fā)射方式進(jìn)行發(fā)射。目前已經(jīng)發(fā)射的納米衛(wèi)星包括：俄羅斯的SPUTNIK-2衛(wèi)星、美國(guó)的AUSat衛(wèi)星和PICOSAT衛(wèi)星以及英國(guó)的SNAP-1衛(wèi)星等。納米衛(wèi)星質(zhì)量雖小，它的功能卻不少。美國(guó)斯坦福大學(xué)研制的QuakeSat衛(wèi)星可以使用磁力計(jì)對(duì)高空的低頻磁場(chǎng)等進(jìn)行研究，用以對(duì)地震進(jìn)行分析預(yù)測(cè)。日本東京大學(xué)的XI-IV納米衛(wèi)星就使用CMOS相機(jī)對(duì)地球和太陽(yáng)影像進(jìn)行拍照。英國(guó)薩瑞公司的SNAP-1型衛(wèi)星可對(duì)其他衛(wèi)星拍照，用以判斷在軌航天器的完好狀態(tài)和工作能力。挪威科技大學(xué)等組織共同研發(fā)的nCube衛(wèi)星可以接收船只的廣播AIS信號(hào)，提供船只的方位、位置等信息，確保船舶航行安全。此外，納米衛(wèi)星組成的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)在應(yīng)急通信領(lǐng)域也具有巨大的潛在優(yōu)勢(shì)。

目前在國(guó)際納米衛(wèi)星研究領(lǐng)域，美國(guó)處于技術(shù)領(lǐng)先地位。2002年12月，美國(guó)“奮進(jìn)”號(hào)航天飛機(jī)就發(fā)射了2顆只有2磅重（約為0.9千克）的納米衛(wèi)星。從2003年開(kāi)始，美國(guó)空軍和國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局開(kāi)始研發(fā)新一代低成本軍用納米衛(wèi)星，并于近幾年相繼交付。

或?qū)?duì)未來(lái)空天行動(dòng)產(chǎn)生重大影響

目前，納米衛(wèi)星技術(shù)研究及相關(guān)組網(wǎng)技術(shù)是衛(wèi)星技術(shù)研究的重點(diǎn)，相關(guān)技術(shù)可以在軍事偵察、地質(zhì)勘探、災(zāi)害預(yù)防和科學(xué)實(shí)驗(yàn)等領(lǐng)域發(fā)揮巨大應(yīng)用，或?qū)?duì)未來(lái)的空天技術(shù)發(fā)展產(chǎn)生極其深遠(yuǎn)的影響。

研究表明，只要在太陽(yáng)同步軌道上等間隔地布置一定數(shù)量的納米衛(wèi)星，就可以在任意時(shí)刻對(duì)地球上的任何地點(diǎn)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)視和干擾。由于納米衛(wèi)星具有良好的分散性和集成組網(wǎng)特性，即使少數(shù)納米衛(wèi)星受到攻擊而失靈，也不會(huì)使整個(gè)衛(wèi)星作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)癱瘓。同時(shí)，納米衛(wèi)星成本低、體積小，可批量生產(chǎn)、快速發(fā)射，在衛(wèi)星組網(wǎng)領(lǐng)域具有較好的靈活性，成熟的平臺(tái)化技術(shù)也可以大大擴(kuò)展其應(yīng)用范圍。例如，在納米衛(wèi)星平臺(tái)上集成低分辨率相機(jī)，對(duì)相同地區(qū)連續(xù)多次拍照，就可以集成為高分辨率圖像。

除此以外，納米衛(wèi)星還可以應(yīng)用于未來(lái)教學(xué)與空天科研實(shí)驗(yàn)。由于系統(tǒng)復(fù)雜度大大降低，研發(fā)費(fèi)用較少，科研人員可以像組裝電腦一樣按照需要組裝衛(wèi)星，并可以實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星編隊(duì)飛行、太陽(yáng)風(fēng)、地磁場(chǎng)等領(lǐng)域的空天實(shí)驗(yàn)。

雖然納米衛(wèi)星體積小，功能目前比較單一，但其具有靈活的機(jī)動(dòng)性和組網(wǎng)能力，可一次發(fā)射多顆直接組合，一旦組成衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，其作戰(zhàn)效能可遠(yuǎn)大于單顆大型衛(wèi)星。可以預(yù)想，在未來(lái)的某一天，將上演一場(chǎng)基于這種“人小鬼大”的納米衛(wèi)星技術(shù)的“星球大戰(zhàn)”！

nCube衛(wèi)星

衛(wèi)星組網(wǎng)概念圖