微小衛(wèi)星蓬勃發(fā)展為當(dāng)前航天管理體系帶來挑戰(zhàn)

+　李云　陳建光　王聰　中國(guó)航天系統(tǒng)科學(xué)與工程研究院

微小衛(wèi)星蓬勃發(fā)展為當(dāng)前航天管理體系帶來挑戰(zhàn)

+李云陳建光王聰中國(guó)航天系統(tǒng)科學(xué)與工程研究院

微小衛(wèi)星在國(guó)際上通常是指衛(wèi)星質(zhì)量低于500 kg(有的以1000 kg為界限)的衛(wèi)星。經(jīng)過長(zhǎng)期的技術(shù)突破與發(fā)展積累，國(guó)外微小衛(wèi)星近期在功能、成本、研制部署效率以及應(yīng)用廣度與深度等方面開始呈現(xiàn)質(zhì)的飛躍。這一方面為軍事航天裝備變革、小微航天企業(yè)創(chuàng)立發(fā)展及航天起步國(guó)家快速入門帶來了良好機(jī)遇；另一方面，大規(guī)模的微小衛(wèi)星發(fā)射入軌又可能對(duì)包括法規(guī)政策等在內(nèi)的現(xiàn)行航天管理體系帶來一定挑戰(zhàn)，需要我們及早關(guān)注、積極應(yīng)對(duì)。

一、微小衛(wèi)星蓬勃發(fā)展

進(jìn)入21世紀(jì)，隨著微電子、微機(jī)電和微光機(jī)電系統(tǒng)、新材料、先進(jìn)制造、納米技術(shù)等群體性高新技術(shù)的發(fā)展和突破，在基于一體化結(jié)構(gòu)、即插即用、模塊化等創(chuàng)新設(shè)計(jì)理念的牽引下，國(guó)外微小衛(wèi)星技術(shù)突飛猛進(jìn)，芯片衛(wèi)星、手機(jī)衛(wèi)星、立方體衛(wèi)星、母子衛(wèi)星、分離模塊航天器等概念層出不窮。微小衛(wèi)星發(fā)射數(shù)量持續(xù)增長(zhǎng)，尤其在近兩年呈爆炸性增長(zhǎng)(如圖1所示)。2012年和2013年全球分別發(fā)射小衛(wèi)星49顆和138顆，占當(dāng)年發(fā)射衛(wèi)星總數(shù)的35%和64%。與20世紀(jì)相比，當(dāng)前微小衛(wèi)星在功能密度、設(shè)計(jì)壽命、自主生存能力上均大幅提升，除了在技術(shù)驗(yàn)證、科學(xué)試驗(yàn)以及工程教育等傳統(tǒng)領(lǐng)域進(jìn)一步發(fā)揮作用，還開始在對(duì)地觀測(cè)與通信領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)業(yè)務(wù)運(yùn)行。

微小衛(wèi)星盡管單星能力尚不能與大衛(wèi)星比肩，但成本優(yōu)勢(shì)明顯、發(fā)射部署快，通過多星組網(wǎng)可實(shí)現(xiàn)不同于大衛(wèi)星的獨(dú)特應(yīng)用。美軍在推動(dòng)天基信息系統(tǒng)從戰(zhàn)略應(yīng)用向戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用擴(kuò)展的探索中，一直將微小衛(wèi)星作為有效解決途徑并取得突破。美軍2011年發(fā)射的ORS一1衛(wèi)星(質(zhì)量468 kg)和2012年提出的看我(SeeMe)衛(wèi)星(質(zhì)量45 kg)計(jì)劃，均直接面向戰(zhàn)場(chǎng)基層人員提供戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)感知能力，且前者已投入業(yè)務(wù)運(yùn)行。

微小衛(wèi)星的涌現(xiàn)，降低了衛(wèi)星技術(shù)和市場(chǎng)準(zhǔn)入門檻。除了波音、洛·馬等傳統(tǒng)企業(yè)和高等院校，中小企業(yè)甚至中學(xué)亦加入微小衛(wèi)星研制發(fā)射以及運(yùn)營(yíng)的大軍，充分調(diào)動(dòng)了社會(huì)力量在航天技術(shù)與應(yīng)用方面的創(chuàng)新活力。2013年美國(guó)發(fā)射了全球首顆由高中生研制的立方體衛(wèi)星。此外，一些航天起步國(guó)家依然依靠小衛(wèi)星敲開了航天的大門，如秘魯和奧地利2013年借助納衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)了各自衛(wèi)星發(fā)射的零突破。

研制運(yùn)行微小衛(wèi)星的商業(yè)遙感或通信公司通過挖掘市場(chǎng)新機(jī)遇，將帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展變革。天空盒子成像公司通過24顆100kg級(jí)衛(wèi)星組網(wǎng)，將提供1m級(jí)圖像與視頻并具備8小時(shí)全球數(shù)據(jù)更新能力，并融合互聯(lián)網(wǎng)思維創(chuàng)新性地提供在線訪問能力和云服務(wù)平臺(tái)，允許第三方開發(fā)個(gè)人定制應(yīng)用工具。這將促進(jìn)衛(wèi)星遙感服務(wù)從面向團(tuán)體用戶進(jìn)一步朝定制化服務(wù)和個(gè)性化服務(wù)轉(zhuǎn)變。

微小衛(wèi)星的發(fā)展成熟，還將推動(dòng)未來軍事航天裝備的體系變革。2013年美軍頒布的《彈性與分解式空間體系架構(gòu)》白皮書，提出將傳統(tǒng)大型衛(wèi)星系統(tǒng)的功能分解到組網(wǎng)的多顆小衛(wèi)星中，在確保系統(tǒng)功能和性能的前提下實(shí)現(xiàn)去中心化、分散風(fēng)險(xiǎn)，使?jié)撛趯?duì)手無法通過攻擊節(jié)點(diǎn)衛(wèi)星而使整個(gè)體系癱瘓；同時(shí)利用小衛(wèi)星的快速研制、發(fā)射和補(bǔ)網(wǎng)能力，提高整個(gè)空間系統(tǒng)彈性。

微小衛(wèi)星技術(shù)與應(yīng)用發(fā)展勢(shì)頭持續(xù)強(qiáng)勁，將推動(dòng)其在整個(gè)衛(wèi)星體系中的地位和作用發(fā)生轉(zhuǎn)變。微小衛(wèi)星在此前很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，一直充當(dāng)大中型衛(wèi)星的“配角”或“補(bǔ)充”，其無論在性能還是應(yīng)用潛力上均與大中型衛(wèi)星相距甚遠(yuǎn)，基本以實(shí)施教育工程與技術(shù)驗(yàn)證為主。而現(xiàn)在，我們可以看到，微小衛(wèi)星已成為衛(wèi)星發(fā)展的一個(gè)主流方向，其未來有可能與大、中型衛(wèi)星“平分秋色”。

二、微小衛(wèi)星應(yīng)遵循現(xiàn)行相關(guān)航天管理規(guī)則

國(guó)際航天法確立了全球探索與利用外層空間的基本原則和制度。這些法規(guī)明確了外層空間的法律地位，確立了探索和利用外層空間的基本原則和制度，對(duì)外層空間和平利用、國(guó)家應(yīng)擔(dān)負(fù)的國(guó)際責(zé)任以及外層空間物體登記等進(jìn)行了規(guī)定。

目前，國(guó)際上已有十幾個(gè)國(guó)家頒布了國(guó)家航天法，其中包括美國(guó)、俄羅斯、英國(guó)、法國(guó)、日本等傳統(tǒng)航天大國(guó)。近年來，隨著微小衛(wèi)星等航天技術(shù)的普及與推廣，航天準(zhǔn)入門檻降低，許多國(guó)家通過發(fā)射微小衛(wèi)星開始躋身航天國(guó)家行列，這些航天新興國(guó)家也陸續(xù)制定了本國(guó)的航天法規(guī)，如奧地利、比利時(shí)和荷蘭等。

根據(jù)國(guó)際法，《外層空間條約》締約國(guó)須依照“授權(quán)和持續(xù)監(jiān)督”規(guī)定，管理政府與非政府的外層空間活動(dòng)，履行相關(guān)國(guó)際職責(zé)。其中，管理航天活動(dòng)最普遍、最重要的工具，是來自指定政府機(jī)構(gòu)的許可授權(quán)，這為國(guó)家和申請(qǐng)人之間建立起法律聯(lián)系。

三、微小衛(wèi)星蓬勃發(fā)展對(duì)現(xiàn)行航天法規(guī)的沖擊

一般情況下，微小衛(wèi)星無論多大尺寸、多大質(zhì)量或執(zhí)行哪類任務(wù)，與大衛(wèi)星一樣，都同屬空間物體的范疇。因此，微小衛(wèi)星的發(fā)射和運(yùn)營(yíng)等航天活動(dòng)，均應(yīng)遵循現(xiàn)行國(guó)際或國(guó)家航天管理規(guī)則——包括國(guó)際條約、國(guó)家法律，相關(guān)的規(guī)章、準(zhǔn)則、原則、條例等。

進(jìn)入外層空間的微小衛(wèi)星數(shù)量急劇增加，會(huì)對(duì)衛(wèi)星許可證、太空物體登記、頻譜利用、太空碎片等方面的工作帶來一定挑戰(zhàn)，如果管理不到位，可能會(huì)影響其他航天任務(wù)的安全和航天活動(dòng)的可持續(xù)發(fā)展。

1.需將微小衛(wèi)星活動(dòng)規(guī)范納入航天法規(guī)

目前許多國(guó)家的航天法規(guī)存在空白，難以對(duì)微小衛(wèi)星或一些執(zhí)行特殊航天活動(dòng)的大衛(wèi)星起到約束作用。

加拿大2013年3月發(fā)射的“近地物體監(jiān)視衛(wèi)星”(NEOSSat，質(zhì)量約65kg，軌道高度800km)，屬于探測(cè)跟蹤行星和衛(wèi)星的空同望遠(yuǎn)鏡。但加拿大現(xiàn)行的《加拿大遙感航天系統(tǒng)法案》對(duì)遙感衛(wèi)星系統(tǒng)的許可證規(guī)定中，沒有一條適用于NEOSSat。因此，該衛(wèi)星雖已發(fā)射，卻并未獲得加拿大外事與國(guó)際貿(mào)易部(DFAIT)的許可審批。即便如此，依照國(guó)際法，加拿大作為發(fā)射國(guó)，依然必須為NEOSSat擔(dān)負(fù)相關(guān)國(guó)際責(zé)任和義務(wù)。

加拿大麥克唐納·迪特維利聯(lián)合有限公司(MDA)正在研制用于開展“在軌燃料加注和在軌衛(wèi)星服務(wù)”活動(dòng)的微小衛(wèi)星，而加拿大現(xiàn)行航天法規(guī)缺乏對(duì)這類活動(dòng)的規(guī)范，相應(yīng)的衛(wèi)星也很難在現(xiàn)行規(guī)范框絮下獲得航天許可證。

事實(shí)上，許多國(guó)家(包括傳統(tǒng)航天國(guó)家在內(nèi))都缺乏有效有序管理“小衛(wèi)星發(fā)射和利用”等新興航天活動(dòng)的法律法規(guī)。

2. 需適度放松微小衛(wèi)星許可審批制度

大多數(shù)國(guó)家的衛(wèi)星發(fā)射或運(yùn)營(yíng)需要通過相關(guān)機(jī)構(gòu)的許可審批。以美國(guó)為例，其商務(wù)部所屬的國(guó)家海洋與大氣管理局(NOAA)負(fù)責(zé)遙感衛(wèi)星系統(tǒng)許可證頒發(fā)。美國(guó)所有計(jì)劃發(fā)射大小遙感衛(wèi)星的個(gè)人、大學(xué)和企業(yè)均需向NOAA提交許可申請(qǐng)，并遵從眾多繁雜的要求。NOAA在審批過程中，會(huì)綜合考慮國(guó)際義務(wù)、國(guó)家安全、衛(wèi)星運(yùn)行控制維護(hù)、數(shù)據(jù)采集與分發(fā)、壽命末期衛(wèi)星處理等眾多問題。但對(duì)于微小衛(wèi)星，NOAA卻很難要求其符合現(xiàn)有法規(guī)，尤其是“一些立方體衛(wèi)星在設(shè)計(jì)上很難滿足標(biāo)準(zhǔn)許可證條件，比如，當(dāng)國(guó)家安全需要時(shí)，限制衛(wèi)星成像操作”。

針對(duì)這樣的問題，NOAA認(rèn)為除了制定并執(zhí)行合理的準(zhǔn)則／章程，還應(yīng)修改目前的遙感條例，使其有權(quán)決定“執(zhí)行地球成像任務(wù)的立方體衛(wèi)星”是否需要許可證。未來美國(guó)微小衛(wèi)星許可證申請(qǐng)制度有可能會(huì)放松。不過，當(dāng)微小衛(wèi)星執(zhí)行“大”任務(wù)時(shí)，管理起來仍應(yīng)慎重，管理的關(guān)鍵不是衛(wèi)星的“尺寸”或“質(zhì)量”，而是“能力”。

3.需加強(qiáng)履行對(duì)微小衛(wèi)星的太空物體登記規(guī)則

盡管太空物體登記是強(qiáng)制的，但許多國(guó)家近年來已經(jīng)逐漸放松履行太空物體登記職責(zé)。1975年，國(guó)際太空物體登記率達(dá)到100%，到2004年下降到69.5%，并且仍在不斷下降。國(guó)際登記沒有具體的時(shí)間限制，如果衛(wèi)星由外國(guó)運(yùn)載火箭發(fā)射或衛(wèi)星在軌時(shí)間較短，一些國(guó)家很容易延遲或干脆不將所需信息發(fā)送至聯(lián)合國(guó)。

未來，將會(huì)有越來越多在軌時(shí)間很短的皮衛(wèi)星或納衛(wèi)星人軌。屆時(shí)，發(fā)射國(guó)如果不向聯(lián)合國(guó)登記這些衛(wèi)星，就可能會(huì)給微小衛(wèi)星的辨識(shí)帶來困難。一旦遇到“衛(wèi)星在外層空間發(fā)生事故”或“再入時(shí)未被毀盡而撞擊地球”等事件，更多麻煩將接踵而至。

4. 需針對(duì)微小衛(wèi)星合理改進(jìn)頻譜資源分配申報(bào)規(guī)則

為避免有害干擾，國(guó)際社會(huì)和各國(guó)均對(duì)頻譜資源進(jìn)行管理。國(guó)際上，針對(duì)大衛(wèi)星、小衛(wèi)星以及微衛(wèi)星的頻譜資源分配工作，主要由國(guó)際電信聯(lián)盟(ITU)來進(jìn)行規(guī)范管理。大多數(shù)微小衛(wèi)星的頻譜，均屬于ITU無線電規(guī)則的“業(yè)余衛(wèi)星服務(wù)”頻段。而這些頻段在技術(shù)和管理方面，均有一定的限制。隨著微小衛(wèi)星的增多，“業(yè)余衛(wèi)星服務(wù)”頻段已變得越來越擁擠。有鑒于此，ITU在2012年無線電通信大會(huì)上通過決議，要求考慮一個(gè)有益于推動(dòng)納衛(wèi)星和皮衛(wèi)星部署和運(yùn)行的“空間網(wǎng)絡(luò)申報(bào)程序”。

微小衛(wèi)星很多情況下還應(yīng)當(dāng)獲得國(guó)家頻譜許可證。在美國(guó)，聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC)根據(jù)《通信法案》和《聯(lián)邦衛(wèi)星通信規(guī)則》對(duì)所有衛(wèi)星進(jìn)行頻率許可管理。對(duì)微小衛(wèi)星來講，這將是一個(gè)冗長(zhǎng)且耗時(shí)的無線電頻譜許可申請(qǐng)程序，若需要通過ITU進(jìn)行國(guó)際協(xié)調(diào)，則耗時(shí)更長(zhǎng)。2013年3月15日，F(xiàn)CC發(fā)布了《小衛(wèi)星許可證獲取指南》，方便參與者們?yōu)槠湫⌒l(wèi)星(包括納衛(wèi)星、皮衛(wèi)星和飛衛(wèi)星等)辦理頻譜利用許可證申請(qǐng)等相關(guān)事宜。

5. 需制定微小衛(wèi)星空間碎片消除準(zhǔn)則

低地球軌道上的微小衛(wèi)星普遍壽命短，大量這類衛(wèi)星在完成任務(wù)后失效，直接變成空間碎片。空間碎片增加導(dǎo)致太空物體碰撞的危險(xiǎn)增加，并可能再入地球，對(duì)地面上的人、財(cái)產(chǎn)和環(huán)境形成威脅。

關(guān)于空間碎片減緩問題，一些國(guó)際組織發(fā)布過一些標(biāo)準(zhǔn)和準(zhǔn)則：ESA在2002年發(fā)布了《歐洲空間碎片安全與消除標(biāo)準(zhǔn)》；政府間太空碎片協(xié)調(diào)委員會(huì)(IADC)2002年發(fā)布了《空間碎片消除指南》；外層空間和平利用委員會(huì)(COPUOS)2007年發(fā)布了《空間碎片消除指南》。需要注意的是，這些指南主要通過國(guó)家機(jī)制實(shí)施，不具備與國(guó)際法類似的法律約束力。

微小衛(wèi)星要符合這類指南，不僅在技術(shù)上要滿足一定的要求，而且需要有關(guān)國(guó)家出臺(tái)或完善相應(yīng)的管理機(jī)制。

四、結(jié)束語

微小衛(wèi)星繁榮發(fā)展對(duì)現(xiàn)行航天管理體系形成的挑戰(zhàn)，是全球所有微小衛(wèi)星發(fā)展國(guó)家可能面臨的共同問題，國(guó)際上一些機(jī)構(gòu)或組織已經(jīng)開始著手考慮應(yīng)對(duì)方案。鑒于我國(guó)越來越多的高等院校、民營(yíng)企業(yè)或其他社會(huì)團(tuán)體開始參與微小衛(wèi)星技術(shù)與應(yīng)用活動(dòng)且我國(guó)尚未出臺(tái)航天法，如何制定或完善國(guó)內(nèi)現(xiàn)行航天相關(guān)政策規(guī)章，引導(dǎo)規(guī)范微小衛(wèi)星快速健康發(fā)展，確保國(guó)家安全和外交利益，恰當(dāng)履行國(guó)際責(zé)任和義務(wù)應(yīng)納入我國(guó)當(dāng)前航天管理體系建設(shè)工作，并慎重解決。

注：出自《2015年小衛(wèi)星技術(shù)交流會(huì)論文集》。