微型衛星杰作：“天空衛星”與星座

□ 林來興

微型衛星杰作：“天空衛星”與星座

□ 林來興

“天空衛星”-1外形結構圖

“天空衛星”-3外形結構圖

美國天空盒子公司于2013和2014年分別發射兩顆微型對地觀測實驗衛星“天空衛星”（SkySat-1、2），實驗成功后，2016年發射5顆實用衛星（SkySat-3～7），計劃在2017年9月發射6顆衛星，最后在2018和2019年發射13顆，總共24顆衛星，組成星座。

該星座具有“兩高兩新一輕一低”六大特點：高空間分辨率，全色分辨率0.8～0.9米，多譜2米；高時間分辨率，覆蓋全球，對全球任何一個地區重訪時間7～8小時；新的綠色（無毒）推進器，全球首次采用；新的大面陣延時積分互補金屬氧化物半導體探測器，精度高，成本低，全球首次采用；輕質量，目前亞米分辨率衛星的質量最少都在300千克以上，而“天空衛星”僅100多千克；低成本，“天空衛星”每顆批生產，成本不超過2000萬美元，整個星座成本約4億～5億美元，相當于一顆大衛星的費用。

2014年7月14日接收到“天空衛星”的信息數據經處理后得到的美國緬因州班戈城地區的圖像。圖中顯示的是佩諾布斯科特河

“天空衛星”-2衛星的首批影像。圖為北愛爾蘭的班格爾地區圖像

在無塵室中安裝調試“天空衛星”

從實驗到實用

作為實驗的SkySat-1、2，衛星重83千克，箱式結構形狀，收縮狀態的幾何尺寸60厘米×60厘米×80厘米，衛星平均功率120瓦，星上數據存儲量768GB，衛星設計壽命4年。箱式結構底層入軌后展開，朝下設有拋物線天線直徑47厘米，衛星設計工作在563千米的太陽同步軌道。

實驗衛星發射后，接收了很多下傳圖像。根據對下傳圖像分析和相機探測器設計數據對比，實驗衛星獲得對地觀測地面分辨率全色0.8～0.9米、多譜2米。若與美國“伊科斯”（IKONOS）衛星相比，該星全色分辨率為0.82米、多譜3.2米、衛星重817千克，SkySat-1、2的分辨率與它相當，質量僅為它的十分之一。

實驗衛星成功后，公司決定研制正樣衛星SkySat-3，并計劃創建覆蓋全球對地觀測星座。由于增加了綠色無毒推進器，SkySat-3的質量為120千克。

SkySat-3的幾何尺寸為60厘米×60厘米×95厘米，采用高幀速率互補金屬氧化物半導體面陣探測器，對姿態穩定度的要求低，進一步降低了成本。有效載荷（相機）為來復式掃描。由三個相機拼接在600千米軌道高度實現8千米的成像幅寬。

2016年9月，SkySat4～7搭載“維加”火箭發射升空，入軌后，4顆衛星從火箭上面級分別先后彈出。

“天空衛星”最終將由24顆衛星組成星座，由4個軌道平面或者6個軌道平面，每個軌道平面由4顆或6顆均勻分布。星座對全球覆蓋，對全球任何地區可以達到每隔7～8小時重訪一次。對全球覆蓋亞米精度衛星尚屬首次?！疤炜招l星”星座工作在500千米太陽同步軌道，衛星設計壽命6年。為了維持星座軌道位置和建立初始星座軌道，星座需要推進器，很多微型衛星都無此設備?！疤炜招l星”設有高性能綠色推進器，無毒無污染，全球首次在軌使用。

未來發展

天空盒子公司作為遙感信息提供商，創造一套應用軟件和相應硬件，實現從衛星獲取信息，經過傳輸到地面站以及直接供給用戶“一條龍” 快速傳遞模式，接近工人智能的功能，也是“天空衛星”星座軟件一個新的應用特點。

在此基礎上，星座獲得信息應用價值很大，亞米空間分辨率，可以滿足全球幾乎全部民用和部分軍用。

“天空衛星”星座將來發展有三個方面：

一是增加衛星發射數量，提高時間分辨率。如果將重訪時間從7～8小時提高到3～4小時，這需要增加一倍衛星數量，費用相當于多發射一顆大衛星。如果需要，這完全可能，不存在任何困難。

二是提高空間分辨率。例如提高到全色分辨率0.5米左右、多譜分辨率不變，相當于美國2009年發射的“世界觀測”-2（World View-2）衛星，重2噸、全色0.46米、多譜2米。在已有的基礎條件下，“天空衛星”需要適當改造，如增加焦距、縮短像元尺寸、加大衛星構形長度等。為此衛星質量可能增加到200千克～250千克。這些技術上的問題，目前完全可以解決。

三是增加發射亞米分辨率微波雷達衛星，形成光學與微波混合對地觀測星座，可以實現全天時全天候對地觀測衛星星座。目前亞米分辨率微波雷達衛星已經有不少成功發射上天，衛星質量約在250千克～300千克。