小衛(wèi)星蓬勃發(fā)展為當(dāng)前航天管理體系帶來(lái)挑戰(zhàn)

劉笛

摘 要：國(guó)際上將質(zhì)量在500～1 000 kg之間的衛(wèi)星稱(chēng)作是小衛(wèi)星，經(jīng)過(guò)人類(lèi)的不斷探索與突破，目前國(guó)外在小衛(wèi)星的研究方面已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展，研究方向包括功能、成本、研制部署效率、應(yīng)用廣度與深度等。相關(guān)研究的發(fā)展帶動(dòng)了軍事航天裝備的升級(jí)與優(yōu)化，并且為部分國(guó)家快速完成航天事業(yè)的建立和發(fā)展提供了必要的技術(shù)支撐。從另一角度看，小衛(wèi)星研究的不斷發(fā)展可能對(duì)國(guó)際上共同承認(rèn)的航天管理體系產(chǎn)成一定的影響，因此，業(yè)內(nèi)人士應(yīng)盡早關(guān)注，積極應(yīng)對(duì)。

關(guān)鍵詞：小衛(wèi)星;航天管理體系;挑戰(zhàn);影響

中圖分類(lèi)號(hào)：V474;V57 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

在21世紀(jì)，利用新技術(shù)進(jìn)行的小衛(wèi)星試驗(yàn)將取得重大突破。例如，航天器能夠?qū)崿F(xiàn)自主導(dǎo)航控制、故障檢測(cè)和維護(hù)以及數(shù)據(jù)處理，大大減少了對(duì)地面控制和通信支持系統(tǒng)的依賴(lài);微電子技術(shù)的迅速發(fā)展在恒星電子電路和節(jié)點(diǎn)的小型化方面取得了革命性的突破，使得諸如恒星導(dǎo)航、遠(yuǎn)程控制和數(shù)據(jù)處理等電子系統(tǒng)可以集成為一個(gè)小的核心尺寸：用于有效載荷的微電子技術(shù)，移相器和成像光譜儀小型化;光通信技術(shù)的發(fā)展在接收機(jī)、發(fā)射機(jī)、天線、交換機(jī)和傳輸線等領(lǐng)域都取得了革命性的進(jìn)展。例如，可以利用光通信手段，用直徑為0.3 m的望遠(yuǎn)鏡取代現(xiàn)有的8 m天線，并將攝像機(jī)連接到望遠(yuǎn)鏡上，提供導(dǎo)航和通信;航天器在結(jié)構(gòu)、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(tǒng)。這些技術(shù)進(jìn)步為發(fā)展小型衛(wèi)星提供了技術(shù)基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上美國(guó)制定了“21世紀(jì)新攻勢(shì)”計(jì)劃目標(biāo)是將衛(wèi)星質(zhì)量降低到目前的十分之一有效載荷占衛(wèi)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(jì)發(fā)射大量低成本的小型自主航天器和小型衛(wèi)星，推動(dòng)小型火箭的發(fā)展。

1 國(guó)外小衛(wèi)星的蓬勃發(fā)展使其地位和作用不斷提升

21世紀(jì)以來(lái)，航空航天領(lǐng)域的發(fā)展有了質(zhì)的飛躍，國(guó)外不斷加大對(duì)衛(wèi)星技術(shù)的研究投入，相關(guān)技術(shù)在不斷獲得突破與發(fā)展，使得部分國(guó)家的小衛(wèi)星技術(shù)迅猛提升，小衛(wèi)星發(fā)射數(shù)量也大幅提升。小衛(wèi)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(wèi)星技術(shù)的發(fā)展不僅帶動(dòng)了工程教育、技術(shù)驗(yàn)證和科學(xué)實(shí)驗(yàn)等傳統(tǒng)領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展，并且對(duì)通信和觀測(cè)領(lǐng)域的業(yè)務(wù)開(kāi)展也提供重要的技術(shù)支持[1]。

雖然小衛(wèi)星的單星能力較為有限，但與大衛(wèi)星相比，也具備性?xún)r(jià)比更高，發(fā)射部署更加靈活的優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)發(fā)射多顆小衛(wèi)星，搭建多星組網(wǎng)能獲得比大衛(wèi)星更廣泛的應(yīng)用。部分國(guó)家在推進(jìn)航空航天技術(shù)的軍事應(yīng)用路徑時(shí)就會(huì)將建設(shè)重點(diǎn)放在小衛(wèi)星技術(shù)的突破上，提高軍隊(duì)對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)情況的掌控能力，并且部分技術(shù)已經(jīng)在當(dāng)前得到了廣泛應(yīng)用。

小衛(wèi)星技術(shù)的復(fù)雜程度遠(yuǎn)不如其他航空航天技術(shù)的復(fù)雜程度高，使得很多中小型民營(yíng)企業(yè)、航空航天院校甚至中學(xué)都加入了小衛(wèi)星技術(shù)的研究與探索當(dāng)中，使航天技術(shù)在研發(fā)與應(yīng)用方面與其他航天技術(shù)相比更具生命力與創(chuàng)新性。美國(guó)就曾在2013年發(fā)射了全球首顆由高中生研制的衛(wèi)星。

小衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用為相關(guān)行業(yè)和軍事裝備的發(fā)展與變革起到了積極的促進(jìn)作用。部分民營(yíng)企業(yè)抓住了小衛(wèi)星技術(shù)發(fā)展帶來(lái)的商機(jī)，積極開(kāi)展相關(guān)技術(shù)的研究與應(yīng)用，推動(dòng)行業(yè)的發(fā)展與變革。例如天空盒子成像公司曾通過(guò)發(fā)射多顆小衛(wèi)星構(gòu)建衛(wèi)星組網(wǎng)，利用衛(wèi)星組網(wǎng)為地面?zhèn)鬏? m級(jí)圖像與視頻，并具備8 h全球數(shù)據(jù)更新能力，在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)在線訪問(wèn)和云服務(wù)功能，允許第三方開(kāi)發(fā)定制個(gè)人應(yīng)用工具，該舉措極大程度地促進(jìn)了衛(wèi)星遙感服務(wù)的個(gè)性化發(fā)展。在軍事方面，美軍曾在2013年提出將利用多顆小衛(wèi)星分擔(dān)大衛(wèi)星共功能的想法，既能保證衛(wèi)星功能的實(shí)現(xiàn)，又能在一定程度上規(guī)避單顆衛(wèi)星故障對(duì)系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的影響，提高衛(wèi)星的抗風(fēng)險(xiǎn)能力，也能避免因潛在對(duì)手對(duì)單個(gè)節(jié)點(diǎn)的攻擊而使整個(gè)體系喪失功能的現(xiàn)象[2]。

小衛(wèi)星技術(shù)的蓬勃發(fā)展逐漸改變了衛(wèi)星體系的運(yùn)轉(zhuǎn)方式、體系主體和作用，此前，小衛(wèi)星主要扮演著補(bǔ)充中大型衛(wèi)星功能的角色，應(yīng)用價(jià)值遠(yuǎn)不能與中大型衛(wèi)星抗衡，通過(guò)技術(shù)的不斷發(fā)展，小衛(wèi)星的應(yīng)用路徑越來(lái)越廣，未來(lái)勢(shì)必會(huì)發(fā)揮更大的作用與價(jià)值。

2 小衛(wèi)星相關(guān)活動(dòng)應(yīng)遵循現(xiàn)行相關(guān)航天管理規(guī)則

無(wú)論小行星的質(zhì)量、尺寸、執(zhí)行任務(wù)有何不同，都與大衛(wèi)星一樣屬于空間物體，所以其發(fā)射和運(yùn)營(yíng)應(yīng)嚴(yán)格遵守相關(guān)管理規(guī)則與條例。并且隨著相關(guān)技術(shù)的不斷完善與發(fā)展，越來(lái)越多的國(guó)家制定了詳細(xì)的國(guó)家航天法，很多國(guó)家也依托于小衛(wèi)星技術(shù)的應(yīng)用與小衛(wèi)星的發(fā)射，躋身于航天國(guó)家行列[3]。有效載荷是衛(wèi)星技術(shù)應(yīng)用的核心內(nèi)容之一，也是衛(wèi)星技術(shù)發(fā)展中最積極的因素之一。為了提高衛(wèi)星的研制水平和應(yīng)用效率，必須優(yōu)先發(fā)展有效載荷。另外，要實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星的小型化，首先要保證有效載荷的小型化。衛(wèi)星平臺(tái)由有效載荷提供服務(wù)。只有縮小規(guī)模，平臺(tái)和衛(wèi)星才能整體小型化，這是小型地球觀測(cè)衛(wèi)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(gè)關(guān)鍵的技術(shù)問(wèn)題，我們的小衛(wèi)星正在研制中。目前，小衛(wèi)星的有效載荷主要是低分辨率的電荷耦合器件。

3 小衛(wèi)星蓬勃發(fā)展為現(xiàn)行航天法規(guī)帶來(lái)新的挑戰(zhàn)

小型衛(wèi)星之所以吸引人們，是因?yàn)樗鼈儭案臁⒏冗M(jìn)、更省時(shí)”，適應(yīng)了中小國(guó)家部委、高等教育機(jī)構(gòu)和研究領(lǐng)域的需要。許多國(guó)家航天機(jī)構(gòu)和空間技術(shù)生產(chǎn)公司準(zhǔn)備采取一系列開(kāi)發(fā)管理改革措施，以縮短開(kāi)發(fā)周期、降低開(kāi)發(fā)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量，從而打造更知名的“多功能、低成本、快速交付”平臺(tái)。由于航天準(zhǔn)入門(mén)檻的不斷降低，擁有發(fā)射小衛(wèi)星技術(shù)的國(guó)家越來(lái)越多，進(jìn)入外層空間的小衛(wèi)星數(shù)量也急劇上漲，這對(duì)空間碎片、頻譜利用、太空物體等級(jí)、衛(wèi)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(huì)對(duì)其他航天活動(dòng)的開(kāi)展帶來(lái)不利的影響[4]。

3.1 小衛(wèi)星活動(dòng)規(guī)范應(yīng)明確納入航天法規(guī)

航天技術(shù)是人類(lèi)在發(fā)展中創(chuàng)造的新興技術(shù)，技術(shù)的開(kāi)發(fā)、應(yīng)用、維護(hù)與管理都并未可借鑒經(jīng)驗(yàn)，是人類(lèi)在不斷的摸索中逐漸完善的，因此，很多國(guó)家雖然在積極研發(fā)小衛(wèi)星技術(shù)，但相關(guān)航天法規(guī)并不完善，不能對(duì)執(zhí)行任務(wù)的小衛(wèi)星起到有效的約束。例如加拿大曾發(fā)射過(guò)一顆質(zhì)量為65 kg、軌道高度為800 km的近地物體監(jiān)視衛(wèi)星，主要用于探測(cè)跟蹤行星和衛(wèi)星的空間望遠(yuǎn)鏡。但發(fā)射時(shí)加拿大國(guó)內(nèi)的航天法規(guī)中并沒(méi)有相關(guān)條例能對(duì)此類(lèi)型的小衛(wèi)星進(jìn)行管控和許可，因此，雖然該衛(wèi)星獲得了發(fā)射和使用，但并不滿(mǎn)足加拿大外事與國(guó)家貿(mào)易部的許可標(biāo)準(zhǔn)，雖然如此，加拿大作為該衛(wèi)星的發(fā)射國(guó)，仍需對(duì)其負(fù)起相應(yīng)責(zé)任。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展與完善，相信未來(lái)會(huì)有更多種類(lèi)的小衛(wèi)星會(huì)在外層空間執(zhí)行任務(wù)，所以，相關(guān)法律法規(guī)還需進(jìn)一步完善。

3.2 小衛(wèi)星許可審批制度應(yīng)適當(dāng)放寬

大多數(shù)國(guó)家在衛(wèi)星發(fā)射之前都需要獲得相關(guān)機(jī)構(gòu)的批準(zhǔn)與許可，例如美國(guó)專(zhuān)門(mén)設(shè)置了國(guó)家海洋與大氣管理局審批遙感衛(wèi)星是否符合發(fā)射標(biāo)準(zhǔn)，美國(guó)國(guó)家內(nèi)所有有發(fā)射遙感衛(wèi)星計(jì)劃的單位與個(gè)人都需要向該機(jī)構(gòu)提交申請(qǐng)，在經(jīng)過(guò)一系列考核與評(píng)定之后才能獲得許可。對(duì)于小衛(wèi)星來(lái)說(shuō)，由于其種類(lèi)與執(zhí)行任務(wù)較大衛(wèi)星更多樣化，加之國(guó)際上對(duì)其發(fā)射與管理的制度都在不斷完善當(dāng)中，所以對(duì)其發(fā)射的審批標(biāo)準(zhǔn)還較為嚴(yán)格，未來(lái)可能各個(gè)航空國(guó)家會(huì)放寬小衛(wèi)星的發(fā)射審核條件，但仍不能放松對(duì)管理的重視，應(yīng)立足于當(dāng)下，放眼于未來(lái)。

3.3 小衛(wèi)星應(yīng)加強(qiáng)履行太空物體登記規(guī)則

進(jìn)入太空的物體是需要強(qiáng)制登記的，但是近年來(lái)，隨著各個(gè)國(guó)家大力促進(jìn)航天事業(yè)的發(fā)展，很多國(guó)家對(duì)進(jìn)入太空物體的登記力度已大不如前，并且衛(wèi)星由外國(guó)運(yùn)載火箭發(fā)射或衛(wèi)星接軌時(shí)間較短，部分國(guó)家在相關(guān)信息的公開(kāi)上具有時(shí)間延時(shí)甚至隱瞞。若不能加強(qiáng)對(duì)小衛(wèi)星的登記力度，隨著科技的發(fā)展，會(huì)有越來(lái)越多的物品進(jìn)入太空中，為辨識(shí)小衛(wèi)星增加難度，并且很可能因?qū)πl(wèi)星軌跡的不了解，使其在進(jìn)入太空后發(fā)生碰撞事故，繼而引發(fā)一系列問(wèn)題。

3.4 小衛(wèi)星會(huì)增加空間碎片消除的難度

目前，很多國(guó)家和企業(yè)為完成階段性的發(fā)展需求發(fā)射低軌道小衛(wèi)星，這類(lèi)小衛(wèi)星的發(fā)射目的針對(duì)性強(qiáng)，在任務(wù)完成后即失去使用價(jià)值，淪為空間碎片。目前并沒(méi)有成熟的技術(shù)能對(duì)這類(lèi)碎片進(jìn)行回收和處理，空間碎片數(shù)量的急劇增加加大了太空物體碰撞的幾率和危險(xiǎn)系數(shù)，并且具有進(jìn)入大氣層的可能，威脅地面生命、環(huán)境和財(cái)產(chǎn)的安全。雖然部分國(guó)家和國(guó)際組織針對(duì)空間碎片的消除和處理發(fā)布過(guò)一些指南和指導(dǎo)意見(jiàn)，但這類(lèi)指南主要是通過(guò)國(guó)家機(jī)構(gòu)進(jìn)行實(shí)施，在國(guó)際上并不具備普遍約束能力。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，小衛(wèi)星的蓬勃發(fā)展對(duì)現(xiàn)行航天管理體系帶來(lái)的挑戰(zhàn)可能是未來(lái)所有發(fā)展航天技術(shù)的國(guó)家都需要面對(duì)的重要問(wèn)題，考慮到越來(lái)越多的高等教育機(jī)構(gòu)、中國(guó)的私營(yíng)企業(yè)或其他社會(huì)組織開(kāi)始參與微衛(wèi)星有關(guān)的科學(xué)技術(shù)和應(yīng)用活動(dòng)，所以如何制定和完善中國(guó)空間政策法規(guī)，規(guī)范微衛(wèi)星快速健康發(fā)展，維護(hù)國(guó)家安全和外交利益，妥善履行國(guó)際義務(wù)和責(zé)任，應(yīng)納入中國(guó)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(guó)近年來(lái)在小衛(wèi)星技術(shù)的研發(fā)上也獲得了飛快的進(jìn)步，如何制定并完善國(guó)內(nèi)現(xiàn)行航天政策規(guī)章，促進(jìn)行業(yè)健康發(fā)展，是值得國(guó)家航天行業(yè)內(nèi)深度思考的重要問(wèn)題。

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