小衛星蓬勃發展為當前航天管理體系帶來挑戰

劉笛

摘 要：國際上將質量在500～1 000 kg之間的衛星稱作是小衛星，經過人類的不斷探索與突破，目前國外在小衛星的研究方面已經取得了一定的進展，研究方向包括功能、成本、研制部署效率、應用廣度與深度等。相關研究的發展帶動了軍事航天裝備的升級與優化，并且為部分國家快速完成航天事業的建立和發展提供了必要的技術支撐。從另一角度看，小衛星研究的不斷發展可能對國際上共同承認的航天管理體系產成一定的影響，因此，業內人士應盡早關注，積極應對。

關鍵詞：小衛星;航天管理體系;挑戰;影響

中圖分類號：V474;V57 文獻標識碼：A

0 引言

在21世紀，利用新技術進行的小衛星試驗將取得重大突破。例如，航天器能夠實現自主導航控制、故障檢測和維護以及數據處理，大大減少了對地面控制和通信支持系統的依賴;微電子技術的迅速發展在恒星電子電路和節點的小型化方面取得了革命性的突破，使得諸如恒星導航、遠程控制和數據處理等電子系統可以集成為一個小的核心尺寸：用于有效載荷的微電子技術，移相器和成像光譜儀小型化;光通信技術的發展在接收機、發射機、天線、交換機和傳輸線等領域都取得了革命性的進展。例如，可以利用光通信手段，用直徑為0.3 m的望遠鏡取代現有的8 m天線，并將攝像機連接到望遠鏡上，提供導航和通信;航天器在結構、熱管理、電源和位置控制方面的模塊化、集成化和多功能子系統。這些技術進步為發展小型衛星提供了技術基礎。在此基礎上美國制定了“21世紀新攻勢”計劃目標是將衛星質量降低到目前的十分之一有效載荷占衛星總重量的比例從30%提高到70%功耗降低三分之一，成本降低三分之一，研制周期從目前的四年到八年縮短到一年半到兩年，以便在21世紀發射大量低成本的小型自主航天器和小型衛星，推動小型火箭的發展。

1 國外小衛星的蓬勃發展使其地位和作用不斷提升

21世紀以來，航空航天領域的發展有了質的飛躍，國外不斷加大對衛星技術的研究投入，相關技術在不斷獲得突破與發展，使得部分國家的小衛星技術迅猛提升，小衛星發射數量也大幅提升。小衛星的功能、使用周期、自主生存能力均有了不同程度的提升，小衛星技術的發展不僅帶動了工程教育、技術驗證和科學實驗等傳統領域的進一步發展，并且對通信和觀測領域的業務開展也提供重要的技術支持[1]。

雖然小衛星的單星能力較為有限，但與大衛星相比，也具備性價比更高，發射部署更加靈活的優點，通過發射多顆小衛星，搭建多星組網能獲得比大衛星更廣泛的應用。部分國家在推進航空航天技術的軍事應用路徑時就會將建設重點放在小衛星技術的突破上，提高軍隊對戰場情況的掌控能力，并且部分技術已經在當前得到了廣泛應用。

小衛星技術的復雜程度遠不如其他航空航天技術的復雜程度高，使得很多中小型民營企業、航空航天院校甚至中學都加入了小衛星技術的研究與探索當中，使航天技術在研發與應用方面與其他航天技術相比更具生命力與創新性。美國就曾在2013年發射了全球首顆由高中生研制的衛星。

小衛星技術的發展與應用為相關行業和軍事裝備的發展與變革起到了積極的促進作用。部分民營企業抓住了小衛星技術發展帶來的商機，積極開展相關技術的研究與應用，推動行業的發展與變革。例如天空盒子成像公司曾通過發射多顆小衛星構建衛星組網，利用衛星組網為地面傳輸1 m級圖像與視頻，并具備8 h全球數據更新能力，在此基礎上開發在線訪問和云服務功能，允許第三方開發定制個人應用工具，該舉措極大程度地促進了衛星遙感服務的個性化發展。在軍事方面，美軍曾在2013年提出將利用多顆小衛星分擔大衛星共功能的想法，既能保證衛星功能的實現，又能在一定程度上規避單顆衛星故障對系統功能實現的影響，提高衛星的抗風險能力，也能避免因潛在對手對單個節點的攻擊而使整個體系喪失功能的現象[2]。

小衛星技術的蓬勃發展逐漸改變了衛星體系的運轉方式、體系主體和作用，此前，小衛星主要扮演著補充中大型衛星功能的角色，應用價值遠不能與中大型衛星抗衡，通過技術的不斷發展，小衛星的應用路徑越來越廣，未來勢必會發揮更大的作用與價值。

2 小衛星相關活動應遵循現行相關航天管理規則

無論小行星的質量、尺寸、執行任務有何不同，都與大衛星一樣屬于空間物體，所以其發射和運營應嚴格遵守相關管理規則與條例。并且隨著相關技術的不斷完善與發展，越來越多的國家制定了詳細的國家航天法，很多國家也依托于小衛星技術的應用與小衛星的發射，躋身于航天國家行列[3]。有效載荷是衛星技術應用的核心內容之一，也是衛星技術發展中最積極的因素之一。為了提高衛星的研制水平和應用效率，必須優先發展有效載荷。另外，要實現衛星的小型化，首先要保證有效載荷的小型化。衛星平臺由有效載荷提供服務。只有縮小規模，平臺和衛星才能整體小型化，這是小型地球觀測衛星有效載荷的必要前提。如何使這些遙感儀器小型化也是一個關鍵的技術問題，我們的小衛星正在研制中。目前，小衛星的有效載荷主要是低分辨率的電荷耦合器件。

3 小衛星蓬勃發展為現行航天法規帶來新的挑戰

小型衛星之所以吸引人們，是因為它們“更快、更先進、更省時”，適應了中小國家部委、高等教育機構和研究領域的需要。許多國家航天機構和空間技術生產公司準備采取一系列開發管理改革措施，以縮短開發周期、降低開發成本、提高產品質量，從而打造更知名的“多功能、低成本、快速交付”平臺。由于航天準入門檻的不斷降低，擁有發射小衛星技術的國家越來越多，進入外層空間的小衛星數量也急劇上漲，這對空間碎片、頻譜利用、太空物體等級、衛星許可證等方面的工作增加了難度，若不能采取有效的管理手段，可能會對其他航天活動的開展帶來不利的影響[4]。

3.1 小衛星活動規范應明確納入航天法規

航天技術是人類在發展中創造的新興技術，技術的開發、應用、維護與管理都并未可借鑒經驗，是人類在不斷的摸索中逐漸完善的，因此，很多國家雖然在積極研發小衛星技術，但相關航天法規并不完善，不能對執行任務的小衛星起到有效的約束。例如加拿大曾發射過一顆質量為65 kg、軌道高度為800 km的近地物體監視衛星，主要用于探測跟蹤行星和衛星的空間望遠鏡。但發射時加拿大國內的航天法規中并沒有相關條例能對此類型的小衛星進行管控和許可，因此，雖然該衛星獲得了發射和使用，但并不滿足加拿大外事與國家貿易部的許可標準，雖然如此，加拿大作為該衛星的發射國，仍需對其負起相應責任。隨著技術的不斷發展與完善，相信未來會有更多種類的小衛星會在外層空間執行任務，所以，相關法律法規還需進一步完善。

3.2 小衛星許可審批制度應適當放寬

大多數國家在衛星發射之前都需要獲得相關機構的批準與許可，例如美國專門設置了國家海洋與大氣管理局審批遙感衛星是否符合發射標準，美國國家內所有有發射遙感衛星計劃的單位與個人都需要向該機構提交申請，在經過一系列考核與評定之后才能獲得許可。對于小衛星來說，由于其種類與執行任務較大衛星更多樣化，加之國際上對其發射與管理的制度都在不斷完善當中，所以對其發射的審批標準還較為嚴格，未來可能各個航空國家會放寬小衛星的發射審核條件，但仍不能放松對管理的重視，應立足于當下，放眼于未來。

3.3 小衛星應加強履行太空物體登記規則

進入太空的物體是需要強制登記的，但是近年來，隨著各個國家大力促進航天事業的發展，很多國家對進入太空物體的登記力度已大不如前，并且衛星由外國運載火箭發射或衛星接軌時間較短，部分國家在相關信息的公開上具有時間延時甚至隱瞞。若不能加強對小衛星的登記力度，隨著科技的發展，會有越來越多的物品進入太空中，為辨識小衛星增加難度，并且很可能因對衛星軌跡的不了解，使其在進入太空后發生碰撞事故，繼而引發一系列問題。

3.4 小衛星會增加空間碎片消除的難度

目前，很多國家和企業為完成階段性的發展需求發射低軌道小衛星，這類小衛星的發射目的針對性強，在任務完成后即失去使用價值，淪為空間碎片。目前并沒有成熟的技術能對這類碎片進行回收和處理，空間碎片數量的急劇增加加大了太空物體碰撞的幾率和危險系數，并且具有進入大氣層的可能，威脅地面生命、環境和財產的安全。雖然部分國家和國際組織針對空間碎片的消除和處理發布過一些指南和指導意見，但這類指南主要是通過國家機構進行實施，在國際上并不具備普遍約束能力。

4 結語

綜上所述，小衛星的蓬勃發展對現行航天管理體系帶來的挑戰可能是未來所有發展航天技術的國家都需要面對的重要問題，考慮到越來越多的高等教育機構、中國的私營企業或其他社會組織開始參與微衛星有關的科學技術和應用活動，所以如何制定和完善中國空間政策法規，規范微衛星快速健康發展，維護國家安全和外交利益，妥善履行國際義務和責任，應納入中國目前建立外層空間管理體系的工作中，并從根本上加以解決。我國近年來在小衛星技術的研發上也獲得了飛快的進步，如何制定并完善國內現行航天政策規章，促進行業健康發展，是值得國家航天行業內深度思考的重要問題。

參考文獻：

[1]林來興.微小衛星技術發展和應用前景[J].國際太空，

2019（6）：46-48.

[2]白照廣.中國現代小衛星發展成就與展望[J].航天器工程，2019（2）：9-16.

[3]宋潔瓊，褚鵬蛟，賈文婷.知識產權視角下的微小衛星測控通信技術發展研究[J].中國航天，2020（11）：51-56.

[4]楊少鮮，李宏偉.商業航天發展的特征問題和對策探析[J].衛星應用，2020（8）：25-30.