小衛星越來越小，發射量越來越多

林來興（北京控制工程研究所）

現代小衛星出現和興起，至今已有30來年。小衛星在技術上快速發展，應用領域全面展開，應用效益日益增長，特別是質量在50kg以下的微小衛星。

1 微小衛星近十年發展概況

2017年8月，美國空間市場企業公司（SEI）在第31屆小衛星會議上公布了微小衛星2017－2023年的市場預測。

根據預測數據，2017－2023年，正常情況（圖中深藍色）下，全球將發射近1760顆質量在50kg以下的微小衛星，平均每年發射251顆；樂觀情況（圖中淺藍色）下，全球將發射近2400顆質量在50kg以下的微小衛星，平均每年發射343顆。

在用戶分布上，2009－2016年發射的微小衛星中，40%為商業用戶，28%為政府用戶，其余32%為科研與技術試驗。2017－2019年，預計商業用戶上升至70%，政府用戶下降至10%，其余20%為科研與技術試驗，發射量增加主要為商業需求驅動。

在應用領域分布上，2009－2016年發射的微小衛星中，對地觀測衛星占43%，技術試驗衛星占42%。根據2017－2019年的應用預測，對地觀測衛星將上升到64%，技術試驗衛星下降到14%，微小衛星技術已經走上成熟應用階段。

由于質量小于50kg微小衛星中，絕大部分（約90%）是10kg以下的納型衛星，11～50kg的微小衛星僅占10%左右，說明納型衛星也在走向實用階段。

2 小衛星越來越小的原因分析

經過調查研究，小衛星越來越小的原因可以歸納為以下幾個方面。

1）芯片技術、電子設備、計算機（包括軟件）和信息技術等迅速發展，市場上的產品和設備性能日益提高，但價格持續下降。微小衛星充分利用這些產品，經過一定篩選后完全符合發射升空的要求——這是保證微小衛星飛速發展的物質條件。

2）立方體衛星組成納型/微型衛星，易于標準化、模塊化。目前國際上已經有多家企業專門制作和出售1U、2U、3U等立方體衛星結構部件，以及一些典型模塊，如星敏感器，微小型飛輪等。用戶可以按需選購，也可以根據新要求定購。采用這些標準化、模塊化產品，既方便經濟，又能保證可靠性。

3）微型推進系統技術逐漸成熟。推進系統的一個主要技術指標是每千克質量能提供的速度增量大小，目前微小衛星冷氣推進的速度增量已經達到20～30 m/s，其他的推進系統將來有望達到更高水平。此外，無毒綠色推進器已經成功應用于微小衛星，例如“天空”（SkySat）衛星。

4）微小衛星姿態確定和控制系統逐漸成熟，微小衛星基本上已經從被動姿態穩定（自旋、重力精度、磁穩定）發展為主動三軸姿態控制，指向精度優于0.1°～0.05°，在實驗室可達到秒級。僅在一些特殊需要下，微小衛星才采用被動姿態穩定，且姿控系統質量大大減輕。

5）微米納米技術快速發展，使得微/納機電系統在微小衛星上得以成功應用。

6）星上電源技術獲得突破。目前微小衛星星上電源已采用如下技術：三結輕型太陽電池片，效率在30%左右；蓄電池采用鋰電池，技術指標為200～300W·h/kg；電源控制采用星上計算機和軟件，從而達到最佳電源功率分配使用，合理充放電，使電源達到最好使用狀態。若將來進一步將石墨烯作為電池，星上電源的性能將獲得極大提升。

由于上述原因，小衛星越來越小，星上功能密集度迅速提高。若加上下列兩項原因，微小衛星的發射量將越來越多。

1）微小衛星成本低、研制周期短、應用效益越來越好。當前，國外已有多家私營企業進行微小衛星的開發和研制，這說明微小衛星具有良好的商業價值。除此以外，由于進入微小衛星門檻低，全世界高校和部分科研單位都積極參與研發，并引進商業競爭機制，形成了一支巨大的科研力量，促進技術水平快速提高。

2）低成本運載火箭發展迅猛。過去對小衛星來說，尋找合適的運載火箭搭載機會少且費用昂貴，一般發射費用超過小衛星本身費用。現在發射成本不斷降低，極大增加了小衛星發射機會，“一箭多星”已成為常態，甚至出現了一箭上百顆微小衛星。

發射量多說明需求大，應用領域多。同時，由于商業競爭，企業希望爭取更多用戶，要求降低成本，從而也促使衛星越來越小。由此得出結論：小衛星越來越小與發射量越來越多，二者相互促進、相互補充。

3 結束語

21世紀以來，微小衛星迅速發展，衛星越來越小，發射量越來越多，這主要得益于微小衛星面向社會開放。引進商業競爭機制，鼓勵私營企業開發衛星，完全符合我國當前倡導“大眾創業、萬眾創新”的精神，將促使微小衛星進一步發展。