現代小衛星與大眾化空間時代

林來興張小琳

（1北京控制工程研究所，北京 100190）

（2北京空間飛行器總體設計部，北京 100094）

現代小衛星與大眾化空間時代

林來興1張小琳2

（1北京控制工程研究所，北京 100190）

（2北京空間飛行器總體設計部，北京 100094）

通過論述現代小衛星技術30年的發展歷程，總結其技術發展水平并舉出現階段的典型應用實例，討論小衛星未來的發展方向，論述大眾化空間與現代小衛星的關系，總結現代小衛星技術服務于大眾化空間的各項特征。

現代小衛星；大眾化空間；小衛星優勢；小衛星應用；發展方向

1 引言

從1957年世界第一顆人造衛星發射成功——人類開始進入空間時代，迄今已有半個多世紀。在空間時代最初的十幾年中，空間項目具有開創性、高技術和高風險的基本特點。此時正值美蘇兩國展開空間競賽，在這個不計成本和投資的時代，空間技術及應用得到了很大發展，只是技術本身由極少數國家掌握，處于壟斷的局面。

20世紀80年代，冷戰壓力造成各國的航天預算經費急劇降低，與此同時，隨著計算機、信息等高技術的不斷出現，對空間技術的發展提供了有力的支持。從這個時期開始，空間項目開始與人類自身的社會、經濟活動密切相關，對社會大眾的工作和生活產生重要影響。由此，20世紀80年代中期國際上興起小衛星熱，小衛星相比大衛星具有一系列的優勢，從而得到了廣泛的應用，獲得巨大的效益。

近10年來，由于立方體星和由它組成的納型衛星、微型衛星等技術的飛速發展，立方體星組成的航天產品實現了標準化、模塊化、高可靠性和短研制周期；同時在國際互聯網和大數據時代飛速發展的背景下，使得小衛星獲取的各種觀測數據，能夠及時在人類社會實現價值應用并獲得收益。

近年來現代小衛星開始邁進新的空間時代——大眾化空間（Public Space）［1］。為此，本文將論述大眾化空間與現代小衛星的關系，討論現代小衛星技術發展水平和典型應用實例，展望小衛星的發展方向，即以擴大現代小衛星特點為目標的空間技術和應用的開發——私人與普通民眾都可參與小衛星開發項目，并總結現代小衛星技術服務于大眾化空間的各項特征和成功經驗。

2 大眾化空間的概念與現代小衛星

2.1 大眾化空間

在航天領域，“大眾化空間”這個名詞剛剛出現，尚未得到公認的明確概念和嚴格定義。但是，顧名思義，大眾化空間的主要特征是：空間活動是大眾化和普遍性的，不再如空間時代初期，空間活動僅局限在少數國家的大型科研機構或大型企業中。大眾化空間活動投資少、收益多、見效快、研制周期短、應用廣泛，服務對象是不受地域限制的廣大社會民眾，無論是中小國家、私人企業乃至個人都可能參與空間活動并獲得回報［1］。而這一特點，只有利用現代小衛星才能完全體現，也就是說，現代小衛星快速發展到今天，已經開始邁向新的空間時代——大眾化空間。

2.2 現代小衛星

20世紀80年代中期，國際上由于采用新技術和新設計思路所興起的小衛星熱，至今已有30年，在此期間全世界共發射了各種小衛星近2000顆，約占同期航天器發射數量的40%。小衛星技術經過30年的快速發展，取得了巨大進步，其應用向全方位發展并獲得廣泛效益。與傳統大衛星相比，后來的小衛星具有一系列的優勢。為此，把這些小衛星稱為現代小衛星，以區別早期由于運載能力和空間技術限制所發射的那些水平較低的簡單小衛星。

通過對已發射的這些現代小衛星技術性能分析研究，同時又考慮當前各國所制定的開發研究小衛星計劃（包括已經在研究或計劃發射的小衛星），現代小衛星具有獨特的優勢，具體內容可參考文獻［2］。現代小衛星也存在缺點：①單顆小衛星有效載荷的質量和功率有限；②對單點故障敏感；③短期運行壽命和可靠性比大衛星稍差。但是，小衛星在應用上常常采用分布式空間系統，則可發揮其優點并克服缺點。如果采用分布式空間系統，小衛星就會有如下優勢：

（1）單顆大衛星功能可由若干顆小衛星來替代（例如采用干涉原理），甚至還可獲得更好的技術性能；

（2）可以實現低成本的全球實時對地觀測；

（3）不會由于單顆小衛星發生故障而導致系統性能受到嚴重影響，從而獲得很強的生存能力，這點對于軍事應用特別重要；

（4）系統技術性能可以獲得定期改善和提高；

（5）系統偶然性故障較低，而消除故障費用很少。

在航天領域曾經有人擔憂，由于小衛星發射過多會增加空間碎片的危害性，但是文獻［3］的研究表明沒有這樣嚴重。

2.3 現代小衛星分類和應用

現代小衛星分類、特點、成本和應用概況如表1所示［4］。

表1 現代小衛星分類、特點、成本和應用概況Table 1 Classification，feature，cost and application of modern small satellites

續表

表1中共有6種小衛星分類。30年來，雖然現代小衛星已經發射近2000顆，但是它們的入軌質量差異很大，從1 kg到近1000 kg。發射數量約占同期航天器發射數量的40%，但發射入軌的質量不到發射總質量的10%，而經濟成本投入不到5%。從它們在空間領域所起的作用看，可以覆蓋現有大衛星的很大一部分。這也是現代小衛星正在邁向大眾化空間的重要特征。

3 現代小衛星發展水平

現以小衛星應用實例來說明其技術發展水平；更重要的是論述大眾化空間時代一些主要表現。

3.1 對地觀測

小衛星在對地觀測方面應用是最成功的，可以說在技術上獲得巨大突破。

1）“羊群星座”

美國私營行星實驗室（Plant Labs）公司研制了3U立方體星對地觀測項目。2013年發射了4顆“鴿子”3U立方體星Dove-1～4，對地觀測光學成像地面分辨率為3～5 m，單顆衛星質量5 kg。2014年共發射3U立方體星4次總計93顆，其中成功發射3次（67顆衛星），火箭發射失敗1次（26顆衛星），3U立方體星外形結構見圖1。經過上述成功的空間技術試驗，獲得很多技術改進策略（特別是在太陽電池板方面［5］的改進）。該公司計劃在2015—2016年發射150顆3U立方體星以組成對地觀測超大星座——“羊群星座”（Elock Constellation），對地觀測光學成像分辨率為3～4 m，單顆衛星5 kg，軌道高度500 km，實現全球覆蓋，重訪時間接近實時。采用長期在線（Always On）工作模式，無需對衛星下達成像指令即可自動持續獲取全球圖像。基本上實現多年來人類對地觀測的夢想——隨時隨地的高分辨率對地觀測。這個超大星座，衛星總質量僅約800 kg，投資成本估計在1～2億美元左右（衛星若成批生產還會降低成本），這僅相當于一顆普通中小型衛星的質量和投資成本。

圖1 3U立方體星外形Eig.1 Configuration of 3U CubeSat

2）“天空”衛星星座

美國私營天空盒子公司（Skybox）研制微型對地觀測星座，2013—2014年先后發射2顆“天空衛星”（SkySat），單顆衛星質量100 kg，光學成像對地分辨率為0.8～0.9 m，多光譜分辨率2 m，幅寬8 km，衛星設計壽命6 a，563 km/593 km太陽同步軌道。空間飛行試驗成功后，衛星經過一些設計改進，公司決定在2015年開始發射多顆微型衛星組成星座，衛星質量120 kg，采用500 km太陽同步軌道。星上具有無毒綠色燃料推進系統。“天空衛星”外形如圖2所示。

圖2 “天空衛星”外形Eig.2 Configurations of SkySat

“天空衛星”星座將來由24顆星組成，實現全球對地觀測，重訪時間為8 h，全色分辨率0.8 m，多光譜分辨率2 m［6］。若與以前傳統大衛星相比，分辨率相同而重訪時間縮短到1/40～1/50，整個星座衛星總質量減輕到1/2或1/4，投資成本也降低到1/2或1/4。

“天空衛星”星座的觀測數據將隨時傳輸到地面上，由地面云計算機進行數據處理，利用當前大數據時代技術和互聯網，可以及時、廣泛地傳遞到全球各地用戶，數據費用低廉。

3）高分辨率光學成像衛星

以色列在2010年6月成功發射地平線-9（Ofeq-9）對地觀測小衛星。全色分辨率0.5 m，多光譜分辨率2.5 m，幅寬16 km，衛星質量272 kg。這種極高分辨率小衛星與傳統對地觀測大衛星相比（例如美國“鎖眼”偵察衛星），分辨率相同，衛星質量減輕一個數量級，投資成本降低一個數量級，研制周期縮短到1/2或1/4。

4）合成孔徑雷達小衛星

合成孔徑雷達衛星（SAR）可以實現全天時、全天候的對地觀測。但是衛星功耗很大，為此傳統SAR衛星每顆質量都在2～3 t以上。

以色列在2009年和2014年分別發射地平線-8和地平線-10對地觀測衛星，衛星分辨率為1 m，衛星質量僅260 kg。與此相似，印度也在2009年發射合成孔徑小衛星RISAT-2。這是目前世界上最輕的3顆合成孔徑雷達衛星。圖3是以色列地平線-8與地平線-10衛星的外形圖。

圖3 地平線-8與地平線-10衛星的外形Eig.3 Configuration of Ofeq-8 and Ofeq-10

上述SAR小衛星比傳統SAR衛星質量減輕一個數量級，對地觀測分辨率提高3～4倍，成本也隨之降至1/5～1/7。

3.2 通信衛星星座和導航衛星星座

1）通信衛星星座

由于通信衛星星座需要無縫覆蓋全球，必須采用多顆衛星組成星座，現代小衛星的出現才使得通信衛星星座容易實現。通信衛星需要在軌工作壽命較長，一般為10～15 a，同時又需要較大發射功率，以便降低地面接收設備復雜性。為此，通信衛星星座都采用廣義小衛星，質量為500～800 kg。

20世紀90年代，小衛星星座發展達到高潮，其中較為典型的移動通信衛星系統有：“全球星”（48顆）、“銥星”（66顆）、“軌道通信”（Orbcomm）（36顆）等星座。進入21世紀后，這些星座開始發射第二代衛星，例如“銥星”準備從2015年開始，星座仍然由66顆組成，每顆衛星重800 kg，壽命10 a。“全球星”星座從2010—2015年完成第二代全部發射任務，星座仍然由48顆組成，單顆衛星質量700 kg，設計壽命15 a。“軌道通信”星座第二代從2012年開始至今已完成全部發射任務，星座由18顆衛星組成，單顆衛星172 kg，設計壽命5 a。數據通信能力比第一代提高了十幾倍，這對大數據時代將發揮很大作用。第二代Orbcomm衛星外形如圖4所示。

圖4 第二代Orbcomm衛星外形Eig.4 Configuration of 2nd generation（OG2）satellites

上述小衛星第二代通信星座實現后，智能手機有望通過連接衛星星座與全球任何地方實現話音和數據通信，基本達到“個人通信時代”，實現衛星通信的5個“任何”（5W），即任何人（whoever）在任何地點（wherever）與任何人（whoever）于任何時間（whenever）采用任何方式（whatever）進行通信。

2）導航衛星星座

目前世界上有4個著名的導航衛星星座，其中歐洲伽利略星座采用廣義小衛星，星座由30顆衛星組成，分布在3個軌道面，每個軌道面9顆，還有3顆備份衛星，也分別布置在3個軌道面內。衛星質量為733 kg，圓軌道的軌道高度23 616 km，軌道傾角56°，設計壽命12 a。從2014年開始正式發射。在此之前，曾經發射4顆試驗衛星，質量和軌道與正式衛星完全相同。

由于伽利略導航星座主要用戶為歐洲國家，為此導航最高精度設置于北緯75°，其他參數與GPS、俄羅斯（Glonass）導航衛星基本相同。

3.3 小衛星編隊飛行

現代小衛星應用的特點是分布式的，分布式主要包括星座和編隊飛行。前者僅能增加覆蓋區域和縮短重訪時間，后者構成一種新的功能衛星，可以獲得小衛星星座和單顆衛星不能獲得的觀測效果。

小衛星編隊飛行現在主要還處在研究和空間飛行試驗階段，全世界估計有十幾項飛行試驗在預研中。下面將介紹目前的2種實例，第一種已經實現，第二種處于研制階段。

1）合成孔徑雷達高程編隊飛行

德國分別于2007年和2010年發射了兩顆雷達衛星，衛星以同軌串聯編隊飛行。圓軌道軌道高度514 km，軌道傾角為97.44°，衛星質量約為1000 kg，設計壽命5 a。目前其在軌已經編隊飛行3～4 a。獲得對地觀測高程精度為1 m，這是目前世界上首個實用微波對地觀測的編隊飛行衛星。由于采用同軌串聯編隊保持隊形，可獲得高精度觀測效果。

2）編隊飛行全球三維定位系統

全球三維定位系統基于反GPS工作原理，反GPS工作原理是空間編隊飛行的3～4顆衛星能同時收到地面目標發出的無線電信號，根據接收信號的時差與頻差，獲得地面目標位置，這就是電子偵察衛星的基本原理。文獻［7］介紹了以“白云”電子偵察衛星為例，由3顆衛星組成的定位系統（在高緯度地區這種定位系統無法使用），并提出一個可以連續偵察地面和海洋的4顆小衛星組成的電子偵察衛星系統。

3.4 軍用小衛星

軍用衛星是應用衛星開發研制最早的衛星。不少國家不惜投入重金研制軍用衛星。過去大都采用中型和大型衛星。自從現代小衛星出現和技術上飛快發展，目前已有一部分軍用衛星采用小衛星。小衛星技術更新快、研制周期短、生存能力強（多顆小衛星同時使用）、經濟成本低、應急補充增強與組網服役快等特點都非常適用于軍用衛星。

美國是研制軍用衛星最多的國家，僅軍用衛星的種類就達到17種，毎個種類包含若干個型號，而每個型號有多顆衛星，其中很多種類采用小衛星，特別本世紀以來采用小衛星更多，有些已開始獲得良好效果，表2列出了美國一些典型的軍用小衛星［8］。

表2 美國軍用小衛星Table 2 Military small satellites in USA

美國波音公司的研究報告指出，在未來20年小衛星（特別是在空間控制、空間攻防等方面）將是美國政府的重要財富。當前美國軍方正在繼續加強研制全球監視和空間攻防系統，目的是逐漸削弱傳統常規武器的作用，以使其能繼續獨霸世界。

當前軍用小衛星還處在開始階段，尚未大規模實現裝備化、業務化。從未來發展來看：小衛星獲得廣泛軍事應用將是衛星技術發展和能力需求增長的必然結果。目前美國提出的小衛星設計思想：以20%成本投入，獲得80%成效。小衛星軍亊應用將自成一派，也將打破一些陳舊思想。最終小衛星以創新技術體制，全面支持實戰化應用能力，并以低成本快速集中在戰術應用方面，和大衛星共同構成一個全新完整的軍事航天器裝備系統［9］。

3.5 納型衛星和微型衛星的現在和將來

這里所討論的納型衛星和微型衛星，質量范圍在1～50 kg。這些衛星絕大部分是由立方體星組成的納型衛星，再由納型衛星擴展成為微型衛星。從1999年立方體星概念的提出和2003年6顆立方體星首次成功發射以后，立方體星技術發展很快，因為衛星成本低、研制周期短、實用性強，已經由空間技術試驗擴展到工程應用。同時立方體星的結構組成和許多分系統已做到標準化、模塊化，可在國際空間市場上購買和訂購。下面對納型衛星和微型衛星的現狀和將來做簡要綜述［10-11］。

納型衛星和微型衛星從2009—2016年已發射和計劃發射的衛星數量如圖5所示［11］。已發射衛星（2009—2013年）稱為“當下前期”，計劃發射（2014—2016年）稱為“當下后期”。

圖5 已發射和計劃發射的納型衛星和微型衛星Eig.5 Number of NanoSats and MicroSats launched and to be launched

圖5中左側表示2009—2013年5年間，納型衛星和微型衛星成功發射的總量為202顆，平均每年發射40余顆。右側表示從2014—2016年3年計劃發射衛星數量為650顆，每年平均為216顆。其中有一個數據是，2012年發射量為34顆，而2013年發射量為93顆，增加了269%。從2009—2016年，可以認為是納型衛星和微型衛星技術的“當下”的狀態。它們將來的發展狀態為2017—2020年，這4年間的國際空間市場預測表由在圖右側的虛線表示，未來平均每年發射量在360顆左右。若考慮市場理想的情況，預測每年平均發射量可達490顆。

目前的納型衛星和微型衛星應用領域分類如圖6所示［11］。圖6（a）表示“當下前期”（2009—2013年），圖6（b）表示“當下后期”（2014—2016年）。從圖6中可看出，前期空間技術試驗占202顆的55%，到后期下降為20%，而對地觀測從前期12%上升到后期52%。由此可見納型衛星和微型衛星已經走向實際應用階段。

圖6 目前的納型衛星和微型衛星應用領域分類Eig.6 Application of NanoSats and MicroSats

納型衛星和微型衛星歷年發射量如圖7所示［11］。從2006—2013年，歷年納型衛星發射量比微型衛星多，特別是在2012年到2013年，納型衛星發射量從26顆上升到86顆，這主要是“羊群星座”發射成功所造成的。

圖7 納型衛星和微型衛星歷年發射量Eig.7 Number of NanoSats and MicroSats launched

納型衛星與微型衛星在7個領域的典型應用實例如圖8所示。這7個領域包括：通信、遙感、科學研究、生物實驗、技術驗證、軍事應用、高校培訓。每個領域列出了其典型衛星的名稱及質量。2013年的納型衛星在各領域典型應用實例如圖9所示，由于2013年發射納型衛星與微型衛星的數量比2012年增加2.7倍，所以有必要對該年所發射衛星進行深入了解［10-11］。

對納型衛星和微型衛星可得如下結論：

（1）現代小衛星分類中，納型衛星和微型衛星，每年發射量增加速度是最快的，例如現在年發射量為137顆（2013—2016年的年平均值），專家預測未來5年（2017—2020年）納型衛星和微型衛星年平均發射量將增至350顆左右，也就是說比現在發射量劇增2.5倍［10-11］。

（2）納型衛星和微型衛星已經從空間技術試驗階段，逐漸走向實際工程應用階段。

（3）從2000—2012年，歷年全球各類小衛星，從每年發射量來看，納型衛星和微型衛星發射量占據主導地位，51～200 kg的微型衛星發射量相對較少。具體數字見圖10。

圖8 納型衛星與皮型衛星在7個領域的典型應用實例Eig.8 NanoSats and PicoSats instance

圖9 2013年發射的皮型衛星的典型應用實例Eig.9 PicoSats instance in 2013

圖10 微小衛星的發射數量Eig.10 Number of Mirco-SmallSats of launched

3.6 空間技術試驗

為了確保航天器在軌道能按設計壽命安全、正常運行，以及需要不斷采用新技術與新設計思想，提高空間技術水平，航天器在研制過程和發射前都要進行一些空間飛行試驗與演示驗證。現代小衛星出現后，就為此提供了既經濟又快速的物質條件。估計全世界發射小衛星的總數有1/3都用于進行空間飛行試驗。為此，最近十幾年來，航天器技術水平和運行安全、可靠性不斷提高與此有密切關系。技術試驗衛星水平隨時代前進也在不斷提高。

3.7 納型/微型航天器深空探測

近期國內外應用納型/微型航天器進行深空探測的研究成果，有如下兩個實例。雖然這2個航天器尚未發射，但是其創新性和技術水平是很高的，將來所獲得的觀測成果也有可能是以往的深空探測器所不能及的。

1）“空間超低頻射電觀測臺”

“空間超低頻射電觀測臺”（Space Ulta-Low Erequency Radio Observatory，SULERO）在日地間的拉格朗日點L2上，由13顆納型/微型航天器組成一個編隊飛行系統［12］。該系統由2部分組成：12顆納型航天器組成編隊飛行稱為子星，一顆微型航天器稱為母星。系統結構組成如圖11所示（圖左側為子星，圖右側為母星）。

子星編隊飛行分布在30 km×30 km的正方形區域，每顆納型航天器設有3根雙極小天線。整個12顆編隊飛行納型航天器組成射電望遠鏡陣列。這些天線檢測超低頻的無線電波，并把數據傳輸給母星，經過數據關聯和信號處理后，壓縮傳輸數據容量，然后傳遞到地球。

母星為微型航天器，質量為幾十千克量級，子星為納型航天器，質量為幾千克量級。采用中國“長征”系列火箭發射到L2點，由于L2點基本處于失重狀態，各顆子星在編隊飛行狀態軌道攝動差很小，同時編隊飛行是離散形的，對隊形保持要求不嚴格，每年需要保持航天器間軌道位置的燃料消耗很少，速度增量約為幾米/秒。

該系統所謂超低頻射電觀測臺檢測的射電頻率為1～100 MHz。這個頻段在地表上由于受到地球上面電離層影響和地表各種人為無線電干擾，是無法實現檢測的。地面上射電天文檢測頻率都在100 MHz以上的高頻段。為此，這個編隊飛行空間超低頻射電觀測臺正好彌補地面射電檢測不足，將獲得地面觀測尚未得到的檢測結果。

圖11 空間超低頻射電觀測臺系統結構組成Eig.11 Space Ulta-Low Erequency Radio Observatory

2）自主納型技術群星

在太陽系中，火星軌道與木星軌道之間，存在一條小行星帶。這些小行星是未能成形的巖質行星的殘余，約有50多萬顆小行星。體積大小差異很大，最小的直徑僅有1 km左右，最大的直徑有上千千米。它們與太陽的平均距離為2.8天文單位（AU）。過去很長歷史時期對小行星帶的探測收獲很小，由于缺乏有效的觀測手段。為此，NASA計劃在2020—2030年在小行星帶建立一個“自主納星技術群星”（Autonomous Nano Technology Swarm，ANTS），從而可以長期探測小行星帶。這個自主群星準備由1000顆納型航天器組成，每顆航天器質量為幾千克。它分批由火箭發射在太陽與木星間的拉格朗日點上，然后擇機進入小行星帶，組成自主納型航天器群星（Swarm）。所謂群星是類似于被動編隊飛行，它依靠一種仿自然界昆蟲的組織方式，例如螞蟻覓食、蜜蜂筑巢行為的人工智能方法，使群星內所有納型航天器可以自主保持松散隊形，也就是說不會發生某些航天器走失，而且不消耗燃料。ANTS具體如何探測小行星和如何把處理數據送回地面接收站可參閱文獻［13］。

這項飛行任務，目前還處在研究階段，將來群星性能如何尚需等待空間飛行試驗來驗證。

4 現代小衛星今后發展方向

現代小衛星今后主要發展方向如下：

（1）充分應用先進信息技術，在衛星內部將更換小衛星信息結構，時刻要保持與快速發展的信息和計算機技術同步，甚至在某些方面超前應用；在衛星外部，要與信息技術全面、深度融合，從而使小衛星應用發生革命性變化。具體地說，采用地面云計算機和互聯網進行數據處理和數據傳輸，確保及時、廉價獲得小衛星所獲得的成果。現代小衛星要適應不斷發展的大數據時代的需求。

（2）現代小衛星的“大眾化空間”。其主要標志與特點就是小衛星成本低、研制周期短、能獲得較大的應用效果。為此有人把某些小衛星稱為“個人衛星”或“公民衛星”。私人可以參與研制開發和應用。促進小衛星更快發展，使投資主體多元化。

小衛星設計思想和研制方式要有所創新。例如：NASA 2014年已經把3D打印機送上“國際空間站”，進行空間飛行試驗，其目的是了解3D打印機如何適應在失重環境下工作。若能成功，則有人假想將來可應用3D打印機在空間站內制造納型與微型衛星的結構分系統，因為這類小衛星大都采用立方體星組成，結構較簡單，許多部件在地面都已經標準化、模塊化，而且已積累許多研制成功的經驗。然后在空間站把這些分系統和相關部件組成一顆衛星，之后逐步提高3D打印機制造小衛星的能力。

在空間站內制造出納型衛星和微型衛星，可以節省一大批發射費用和許多地面試驗（例如失重、力學試驗等），做到又省、又快研制小衛星。

（3）降低小衛星運載費用。今后要降低小衛星運載費用會采用各種模式的運載方式。

①一箭多星發射，目前已有一箭運載30多顆小衛星的方式，主要需要解決小衛星安裝適配器及釋放機構。

②在發射主衛星的運載器上搭載，其問題是還要等待合適的發射時間，要適應剩余空間和允許質量的約束。

③由退役武器（導彈）或退役噴氣式飛機改裝為發射小衛星的運載器。美國的納型發射器公司（Nano Launcher）已經成功把退役噴氣式飛機改裝為小衛星發射器，將在2015年下半年接受發射任務。

④鼓勵私人公司創辦小型火箭與小衛星公司，使研制和發射小衛星實現多元化，從而促進技術發展和降低成本。目前國內外都有這種公司，例如國外有美國SpaceX公司，國內有剛剛創建于深圳的翎客航天公司。前者已經取得了一些成功，并且開始像正規航天公司承擔正式發射任務。后者才剛開始，估計需要一些時間才能見分曉。

以上這些發射方式，總的目的是希望對小衛星發射費用，能夠從目前上萬美元每千克，逐步降低到幾千美元每千克。

（4）小衛星最大應用特點是分布式系統，為此今后應積極研究和開發5S技術。所謂5S是協同小衛星系統和服務（Synergic Small Satellites Systems and Services），具體關于5S的概念和內容可參閱文獻［2］。

（5）小衛星能源和推進分系統是發展小衛星功能密度的最大關卡。建議將來有條件時，能源系統采用空間無線能量傳輸，目前日本已先后兩次成功進行了微波無線輸電試驗，這說明不久將來無線輸電商業化已成為可能。除此外還應積極開發研究輕型大容量電源系統，推進系統采用電磁力和電推進。

（6）采用先進的微型機電系統（Micro Electromechanical Systems，MEMS）和納型機電系統（Nano Electromechanical Systems，NEMS）。

（7）采用GPS或類似導航星座（如GLONASS、Galileo、“北斗”等）為星上提供時標、位置、速度與姿態測量等信息。

（8）充分運用微型、納型和皮型衛星進行空間飛行演示驗證，積極采用新技術和創新設計思想，從而迅速促進小衛星分類中的各種小衛星更新換代。也就是說：每隔2～3年，大衛星小型化（部分大衛星由小衛星替代）、小衛星由微型衛星替代、微型衛星由納型衛星替代等等。

（9）未來，小衛星（特別是納型衛星與微型衛星）每年發射數量將有可能達到300～400顆，可占衛星年總發射量的50%以上，這就是大眾化空間時代即將到來的標志。

（10）現在就應準備不久將來在小衛星發射數量巨增時，逐步解決空間廢棄衛星的回收問題，從而保證地球軌道環境的清潔與安全。

5 結束語

現代小衛星從出現到快速發展至今已有30年歷史，它所具有的特點，以及應用的廣泛性和普遍性已得到充分體現，它正在邁向大眾化空間時代，這與半個多世紀前計算機的發展非常相似。大眾化空間時代對民用與軍用都具有重大意義，應引起足夠重視，以便在大眾化空間時代高潮到來的時候，能夠站在最前列。

（

）

［1］J Adam.Towards the second space age—Public Space［C］//9thIAA Symposium on Small Satellites for Earth Observation.Berlin：IAA，2013

［2］林來興.協同小衛星系統和服務［J］.航天器工程，2013，22（5）：110-118 Lin Laixing.Synergic small satellites systems and services［J］.Spacecraft Engineering，2013，22（5）：110-118（in Chinese）

［3］林來興.空間碎片現狀與清理［J］.航天器工程，2012，21（3）：1-10 Lin Laixing.Status and removal of space debris［J］.Spacecraft Engineering，2012，21（3）：1-10（in Chinese）

［4］林來興.小衛星技術發展和應用前景［J］.航天器工程，2006，15（3）：14-18 Lin Laixing.Development and application prospects of small satellite technology［J］.Spacecraft Engineering，2006，15（3）：14-18（in Chinese）

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［11］Dominic Depasqule，Jhon Bradford.2013 Nano/Micro satellite market assessment［R］.Atlanta：SEI Inc，2014

［12］Shufan Wu，Wen Chen，Yonghe Zhang.SULERO：a swarm of Nano-/Micro-satellite at SE L2 for space ultra-low frequency radio observatory，SSC14-III-9［R］.Surrey，UK：SSC，2014

（編輯：張小琳）

Modern Small Satellites and Public Space Age

LIN Laixing1ZHANG Xiaolin2
（1 Beijing Institute of Control Enginerring，Beijing 100190，China）
（2 Beijing Institute of Spacecraft System Engineering，Beijing 100094，China）

The 30-year retrospect on the development of modern small satellite technology is discussed systematically.Therefore，this paper discusses the modern small satellite technology development level and the typical application examples，introduces the development direction of small satellite，and summes up the characteristics of the modern small satellite technology and services in public space.Small satellites are moving towards the Public Space Age，so the paper deduces the relationship between Public Space and modern small satellites.

modern small satellite；Public Space；small satellite advantage；small satellite application；development direction

V11

A DOI：10.3969/j.issn.1673-8748.2015.03.013

2015-04-10；

2015-05-04

林來興，男，研究員，從事航天控制、小衛星編隊飛行研究。Email：laixing-lin@sina.com。