2017年 全球小衛星發展回顧

何慧東 付郁 （北京空間科技信息研究所）

近年來，隨著空間技術的不斷發展，小衛星因制造和發射成本低、技術更新快、便于規模化制造和部署等特點，得到快速發展，應用領域愈加廣泛，新型市場不斷涌現，已成為“新航天”運動的重要組成部分。根據聯合市場研究公司（AMR）2017年《小衛星市場報告》預測，到2022年全球500kg以下小衛星市場將達71.79億美元，2016-2022年的復合年均增長率達19.8%。

1 2017年全球小衛星發射情況

2017年，全球共發射500kg以下的小衛星3 1 0顆，占同期入軌航天器總數的7 0.5%。其中，0～10kg衛星276顆，10～50kg衛星17顆，50～100kg衛星4顆，100～500kg衛星13顆。從衛星發射數量上看，繼2015年和2016年連續2年回落后，2017年小衛星發射數量翻倍增長，處于歷史最高發射水平。美國行星公司（Planet）2017年通過3次發射部署了140顆“鴿群”（Flock）立方體衛星，貢獻了10kg以下衛星數量的過半，小衛星已成為航天產業中的重要組成部分。

從衛星所屬國家看，美國共成功發射了221顆小衛星，占總數的71.3%，位居首位，較2016年的66顆增長234.8%。歐洲、中國、俄羅斯、日本和印度分別發射29顆、16顆、10顆、4顆和3顆，歐洲和俄羅斯小衛星數量較2016年有所增長，中、日、印小衛星數量較2016年有所回落。其他國家和地區共發射27顆小衛星，較2016年增長92.9%，是2017年的一大亮點，其中10kg以下的納衛星共26顆。立方體衛星大大降低了航天的準入門檻，參與主體日益增多。

近5年全球成功入軌小衛星數量

2017年各國成功發射小衛星數量

2017年各應用領域小衛星數量

從小衛星應用領域看，對地觀測衛星繼續保持主導地位，2017年共發射208顆小衛星，占比67.1%。通信衛星4顆，而2016年僅1顆，未來有望實現更大規模應用，發射數量進一步增長。技術試驗衛星從2016年的40顆大幅增長至2017年的93顆。空間科學衛星為5顆。

從小衛星資產屬性分布看，2017年發射的軍用、民用、商用小衛星分別為10顆、92顆和208顆，分別占比3%、30%和67%，數量和占比較2016年出現重大變化。軍用小衛星數量與2016年總體持平，民用衛星數量增長80.4%，商業衛星數量增長252.5%。小衛星業務應用能力提升，商業衛星已經成為小衛星的主流。

2017年小衛星資產屬性分布

2 2017年小衛星領域重要進展

低軌移動通信星座建設加速，lOT/M2M應用火熱

近年來，國外低軌通信衛星星座領域發展如火如荼，目前提出的星座計劃已超過30個，且仍在逐年快速增加，吸引大規模產業內外融資，系統建設穩步開展，且在衛星批量研制、快速部署、應用服務等方面顯示出諸多具備顛覆性的特點與趨勢，將極大革新、甚至重塑衛星通信行業的整體格局，對各航天大國來說存在巨大機遇與風險。

“一網”（OneWeb）衛星系統進展順利。美國聯邦通信委員會（FCC）于2017年6月22日投票批準OneWeb星座進入美國市場，一網公司（ONEWEB）將通過720顆低地球軌道（LEO）衛星為美國提供Ku和Ka頻段寬帶互聯網服務。在衛星研制方面，一網公司與空客防務與航天公司（ADS）達成合作意向，在圖盧茲衛星工廠建設了首條批量生產線，將生產10顆OneWeb衛星，驗證批量生產技術，并計劃2018年年初，將美國佛羅里達州新建的衛星工廠投入使用，生產其余衛星。目前，圖盧茲衛星工廠研制已完成相關衛星部件生產。

美國開普勒通信公司（Kepler）正在發展全球立方體衛星星座，通過建立“太空中的基站信號塔”，提供窄帶通信服務，實現地面及空間中所有物體的互聯。Kepler公司向聯邦通信委員會提交了申請材料，計劃在LEO軌道部署140顆Ku頻段納衛星，為天基資產構建空間通信網絡。目前，Kepler公司從蘇格蘭小衛星制造商克萊德航天公司（Clyde Space）訂購了2顆演示驗證衛星，計劃1年內發射入軌，并于2022年前完成星座的部署。

阿聯酋瑟拉亞電信公司（Thuraya）與瑞士宇宙廣播公司（Astrocast）于2017年4月簽署備忘錄，擴展了各自的產品和服務類型，擴大市場進入通道。瑞士宇宙投射公司正在構建“宇宙廣播”（Astrocast）低軌小衛星星座，可以為全球化企業提供成本較低的物聯網（IoT）和機器對機器（M2M）服務，此項計劃也得到歐洲航天局（ESA）“通信系統預先研究”（ARTES）計劃的支持。該星座由64顆小衛星組成，首顆技術演示衛星計劃于2018年發射，并計劃在2021年完成星座組網，提供遠程監測、定位服務、預防性維護保養和智能數據采集等服務。

“宇宙廣播”低軌小衛星星座

對地觀測能力持續提升，產業格局大幅調整

（1）對地觀測產業格局劇烈演變，通過并購提升能力

2017年，對地觀測領域發生了多起重要的企業并購，展示了對地觀測產業的整合和演變，引發了外界的廣泛關注。現階段，對地觀測產業一方面快速發展，既有星座加速部署，新型小衛星星座繼續涌現；另一方面逐步開始整合，通過并購穩固自身市場地位。

2017年2月3日，美國行星公司收購谷歌公司（Google）旗下的特拉貝拉公司（Terra Bella）的業務，包括7顆“天空衛星”（SkySat）組成的衛星星座，實現互補的天基對地觀測能力。谷歌公司也將與行星公司簽署一份為期多年的圖像數據采購合同。這次的收購費少于2014年谷歌公司收購天空盒子成像公司（Skybox Imaging）花費的5億美元，但多于3億美元。

2017年2月24日，加拿大麥德公司（MDA）宣布收購美國數字地球公司（DigitalGlobe），并于10月完成這筆交易，合并后的公司更名為麥克薩技術公司（Maxar Technologies）。數字地球公司在全球衛星遙感市場排行第一，麥德公司排行第三，此次收購行為將重塑全球衛星遙感產業市場格局。

2017年4月26日，美國遙感數據分析公司鷹視技術公司（EagleView）宣布收購美國歐姆尼地球公司（OmniEarth），雙方期望通過此次收購實現圖像獲取和數據分析能力的互補。

（2）小衛星業務能力增強，時間和空間分辨率持續提升

美國行星公司2017年共通過3次發射任務，將140顆“鴿群”衛星送入太陽同步軌道（SSO）。此前，行星公司的大部分衛星發射到“國際空間站”進行釋放，全球覆蓋能力不足。隨著大批衛星部署到太陽同步軌道，該公司具備每天對全球覆蓋1次的能力，快速獲取全球最新圖像。此外，2017年10月，“米諾陶”（Minotaur）運載火箭將行星公司的6顆SkySat衛星發射入軌，進一步提升該公司的圖像獲取能力，實現高分辨率成像能力翻倍，能夠1天內對特定地點多次重訪，向用戶提供更多信息，輔助用戶決策。SkySat衛星質量約100kg，尺寸為60cm×60cm×95cm，可獲取亞米級彩色圖像，拍攝時長90s、30幀/s的視頻。

美國宇航數據公司（Astro Digital）分2次共發射了4顆“烏鴉座-廣覆蓋”（Corvus-BC）衛星，其中2顆發射失敗。該公司的目標是要建設一個由多種遙感器組成的星座，計劃先發射10顆立方體衛星，提供中分辨率成像能力，對全球提供每日覆蓋。之后將發射20顆具有能夠提供更高分辨率圖像的較大型衛星，利用中分辨率衛星識別出特點成像區域，由高分辨率衛星進行成像，這兩批衛星將共同工作。

2017年8月，美國陸軍鷹眼-2M（Kestrel Eye-2M）偵察微衛星搭乘“龍”（Dragon）飛船運抵“國際空間站”。美國陸軍將利用該衛星驗證聯合作戰能力，衛星通過數據中繼網絡直接向作戰部隊提供衛星圖像，實現近實時的天基戰術級情報和態勢感知，使任務-指揮決策同步實施，“防止敵方戰術奇襲”，并“在作戰班（Squad）層面實現信息壓制”，地面指揮官能夠更有效地獲得衛星情報，獲得快速響應能力。

（3）雷達、視頻成像能力增強，細分領域深入發展

薩瑞衛星技術公司（SSTL）加快雷達成像衛星建設步伐，新型合成孔徑雷達衛星-S（NovaSARS）計劃2018年發射，計劃運行在580km軌道，衛星采用SSTL-300衛星平臺，質量430kg，并搭載空客防務與航天公司研制的創新型S頻段SAR載荷，具有4種成像模式：掃描模式幅寬100km，分辨率20m；海事模式幅寬大于400km，穿軌方向分辨率6m，沿軌方向分辨率13.7m；條帶模式幅寬15～20km，分辨率6m；寬幅掃描模式幅寬140km，分辨率30m。

此外，薩瑞衛星技術公司還為地球成像公司（Earth-i）建設歐洲首個視頻和高分辨率成像商業衛星星座。目前，薩瑞衛星技術公司已完成地球成像公司對地觀測星座的第二顆原型衛星EiX2的制造，計劃2018年發射，同時計劃2019年發射5顆衛星至500km極軌，提供全彩視頻能力。

2017年，英國SRT海事系統公司宣布將建設“海洋-掃描”（Ocean-Scan）海事監控星座，提供增強的全球船舶檢測和跟蹤服務。“海洋-掃描”系統最初由6顆低軌衛星組成，運行在赤道軌道和極軌道上，系統采用了SRT海事系統公司自主研發的“衛星跟蹤”（SAT-Trak）船舶收發器，利用包括自動識別系統（AIS）在內的一系列傳感器技術提供全球海洋覆蓋，并在赤道和邊境等海域感知市場廣大的地區進行覆蓋增強。預計“海洋-掃描”星座將在2019年完全投入運行，后續還將擴大星座規模。

小衛星成為空間科學活動的獨特平臺

2017年4月18日，28顆QB50衛星搭乘美國宇宙神-5（Atlas-5）運載火箭發射，由“天鵝座”（Cygnus）貨運飛船運抵“國際空間站”后，陸續用立方體衛星部署裝置釋放入軌。6月23日，QB50項目第2批8顆衛星成功搭乘印度極軌衛星運載火箭-XL（PSLV-XL）進入太陽同步軌道，正式完成規劃的QB50科學衛星部署。QB50項目開展迄今最大規模的地球大氣低熱層多點原位探測，同時驗證“阻力帆”（Dragsail）離軌技術。該項目由歐盟于2011年主導發起，由國際上15家機構合作領導項目實施，來自23個國家的40余所大學、研究機構和公司參與了衛星研制工作，成為航天國際合作的新典范。

2017年，藍色峽谷技術公司（BCT）與美國國家航空航天局（NASA）開展合作，研制“降水結構和風暴強度高時間分辨率觀測小衛星星座”（TROPICS），建造7顆相同的3U立方體衛星，計劃于2018年第四季度交付1顆驗證星，2019年第一季度交付6顆業務星。星座運行在3個低地球軌道平面內，利用高性能輻射計對熱帶地區降水、溫度和濕度信息提供首次高重訪微波觀測，以中尺度或大尺度對整個風暴生命周期內的對流層熱動力學和風暴系統降水結構進行觀測，評估其對風暴軌跡和強度的影響，研究熱帶風暴模式劇烈變化的原因。

態勢感知項目相繼提出，碎片移除技術開展驗證

藍色峽谷技術公司于2017年獲得美國空軍研究實驗室（AFRL）授予的2項地球靜止軌道（GEO）任務合同，為空軍提供小衛星平臺。第一項合同中，藍色峽谷技術公司將參與“空間態勢感知任務”（S5），評估利用低成本星座開展地球靜止軌道空間編目常態化高頻率更新任務的可行性和經濟性；第二項合同中，藍色峽谷技術公司將參與“攀登”（ASCENT）任務，演示立方體衛星在地球靜止軌道上的各類操作。

2017年8月，澳大利亞創新技術公司（Inovor Technologies）提出了一個新的軌道碎片監測方案，利用光學傳感器從低地球軌道跟蹤地球靜止軌道的太空垃圾。相較地基雷達和光學系統，天基系統不受天氣和環境的限制，利用光學小衛星為地球同步軌道提供空間態勢感知（SSA）服務是目前最為可行的方案。

薩瑞衛星技術公司已將“空間碎片移除”（RemoveDEBRIS）任務衛星運抵佛羅里達州肯尼迪航天中心，計劃搭乘“龍”飛船前往“國際空間站”。“空間碎片移除”任務是一項“主動碎片清除”（ADR）演示驗證任務，開展4項主動移除空間碎片演示試驗，包括“捕獲網”（Net）和“標槍”（Harpoon）兩項捕獲技術，以及視覺導航技術和“阻力帆”減速技術。

RemoveDEBRlS衛星有效載荷

2017年5月，加拿大先進航天試驗納衛星-7（CanX-7）成功展開了4面“阻力帆”，每一面“阻力帆”面積約1m2。“阻力帆”通過降低彈道系數和增加大氣阻力，可以加速衛星軌道衰減。“阻力帆”離軌試驗取得成功，實際測得數據與理論數據吻合。

歐洲航天局為戈麥克斯-4B（GomX-4B）6U立方體衛星研制了微型推力器，使其成為首顆能夠自行在太空中移動的納衛星。GomX-4B衛星將對GomX-4A衛星進行繞飛，測試兩者間的無線電通信能力。GomX-4A、4B兩顆衛星計劃于2018年利用中國的運載火箭發射入軌。

上下游產業關鍵技術實現創新，商業模式發生深刻變化

2017年，小衛星搭載發射和專用發射均取得重要進展，搭載發射日益普遍，專用發射盡管受到一定挫折，但前景廣受看好。小衛星發射組織方面同樣實現創新。印度空間研究組織（ISRO）與荷蘭航天創新解決方案公司（ISIS）開展合作，通過專業發射代理服務商獲取國際小衛星客戶，充分利用運載火箭的發射余量。荷蘭航天創新解決方案公司協調發射服務提供商與客戶雙方的需求，根據運載火箭的發射計劃以及用戶提出的軌道和發射時間需求，協調商業搭載發射任務，印度已經通過這種組織模式進行了多次商業發射。

2017年，新型小衛星平臺不斷涌現。洛馬公司（LM）利用5年時間、耗資3億美元，完成對此前研制衛星的整合，推出了新的衛星平臺型譜，首次實現了所有衛星平臺共享通用化組件。盧森堡空間公司（LuxSpace）2017年9月與歐洲航天局簽署協議，為歐洲航天局研制一種全新低成本多用途微衛星平臺—特里同-X（Triton-X）。

小衛星軟件成為發展熱點，軌道邏輯公司（Orbit Logic）2017年6月發布新版“采集規劃和分析工作站”（CPAW）軟件，開展衛星運行、分析或圖像訂購服務，應用于對地觀測和空間態勢感知等場景。英國賽西斯公司（SCISYS）獲得了空天全球公司（SAS）的合同，為空天全球公司的“珍珠”（Pearls）納衛星星座提供衛星網絡管理仿真器。庫伯斯公司（Kubos）2017年7月發布KubOS 1.0開源軟件，該軟件是首款完整的端到端小衛星解決方案操作軟件，有望成為行業默認的操作系統。

批量化生產技術逐步推廣，泰雷茲-阿萊尼亞航天公司（TAS）在比利時哈塞爾特建設了一個新的工廠，專門自動化生產光電部件（PVA）。一網公司在歐洲和美國設立批量化生產線，充分利用協作機器人、智能裝配工具、自動光學檢測系統、大數據控制系統、自動精準耦合系統、自動導軌傳送機器人、自動加熱分配系統、增強現實工具，以及自動測試系統等數字化、智能化手段，加速總裝、集成和測試（AIT）流程，實現大規模生產。

商業模式成為限制小衛星產業發展的重要因素，模式創新成為促進衛星制造和運營業務的重要途徑。薩瑞衛星技術公司在創新商業模式上做了長期探索，在衛星運營權銷售和共享方面取得顯著成績。在創新策略下，用戶購買一顆衛星即可獲得整個星座的訪問許可，新加入用戶可與整個星座的現有用戶共享權益。這類模式逐步被航天企業接受，多家公司采取了類似的策略。加拿大地球直播公司（UrtheCast）2017年與3個匿名用戶開展“光學合成孔徑雷達”（OptiSAR）星座合作，用戶有意購買SAR衛星，并共享整個OptiSAR星座的運營權。

3 結束語

小衛星將在其中發揮越來越重要的作用，并向實用化、業務化發展，在通信、對地觀測、空間科學、技術試驗等領域的應用能力進一步提升。另一方面，在航天體系架構、發射運管、數據應用、商業模式等方面實現突破，成為“新航天”的重要推動力量。