微小衛星

發展背景

1957年前蘇聯第一顆人造地球衛星的成功發射，標誌著航天科技的誕生。隨著航天科技迅速發展，人造衛星、空間站、太空梭等太空飛行器相繼投入使用。但是，巨額的費用，昂貴的成本一直制約著航天科技的發展。據計算，發射一顆1000千克重的人造衛星，費用至少需1億美元，這是許多國家難以承受的。冷戰結束後，航天科技逐步從軍事套用轉向經濟建設，商業運作促使航天科技必須降低成本，提高效益。在此背景下，在科學技術迅速發展的基礎上，微小衛星得到了迅速發展。

航天清華一號

重量小於100千克的微小衛星是太空科技中出現的有明確用途的新一代衛星。早在1990年5月，美國就用“偵察兵”火箭，一次發射了兩顆各重6.8千克的“多路通信衛星”，這是微小衛星的雛形。隨後，世界上先後有20多個國家和地區開展了微小衛星的開發研究，正在太空運行的微小衛星已有300多顆。

主要特點

微小衛星是有明確用途的新一代衛星。其特點是：新技術含量高、研製周期短（一年左右）、研製經費低（數千萬人民幣量級），且可以進一步組網，以分散式的星座形成“虛擬大衛星”。　與以往的大衛星相比，微小衛星具有很多優勢。如微小衛星重量輕、體積小，再加上批量生產，生產成本低；可以用小型火箭發射，或作為大型火箭的輔助載荷發射，發射成本低；能從戰鬥機（如F-22或F-15）甚至氣球上發射，或利用地（水）面火炮發射，可以滿足快速反應的需求。

關鍵技術

微電子技術的進步、輕型材料的研製以及高功率太陽能電池的出現，都為微小衛星的研製和發展創造了條件。

衛星小型化、微型化的關鍵，是各種儀器、設備的微型化。20世紀80年代以來，美、俄、德、法等國科學家相繼開發成功微型陀螺和微型加速度計等微型慣性儀表和慣性測量組合，研製出既有承載、保護儀器設備作用，又具有傳輸電能、信息和熱控制功能的多功能結構，實現了無線連線，開發成功微型機電系統和光機電系統，這些都使衛星的集成度得到了大大的提高。科學家還利用一體化設計技術，採用大規模積體電路的設計思想和製造工藝，把感測器、微處理器、慣性測量儀表和電子、光學等器件，像電子線路一樣集成起來。這些工藝和技術的成功，保證了衛星研製的小型化和微型化，促使開發出來的衛星具有體積小、重量輕、能耗小、可靠性高等特點。特別是納米技術的發展和掃描隧道顯微鏡加工技術的套用，使人們更可以按照自己的意志，進行原子和分子量級的加工，製造出各種微型機電設備，組裝成比微小衛星更小的納型衛星。

套用領域

微小衛星主要用於通信、對地遙感、行星際探測、科學研究和技術試驗，它的發展依然是受需求牽引和技術推動的制約。更廣泛的套用需要在關鍵技術上有革命性的突破與創新。這些新技術主要包括電推進技術、多功能結構、微機電系統、一體化設計、先進的存儲器與計算機軟體技術以及軌道控制技術等。隨著這些技術不斷被攻克，微小衛星必將成為一大類太空飛行器，並作為大型太空飛行器的補充，在軍事、國民經濟各部門得到廣泛套用。

微型計算機的開發成功和廣泛使用，導致了信息科技的革命。微小衛星的成功和使用，也在航天領域引發了一場技術革命。它使衛星的用戶從單一的國家，變成了國家、部門、單位乃至個人的多元化格局。它的研製單位，也將從少數國家航天部門發展到許多大學。微小衛星技術為天網———地網合一的立體化信息高速公路提供了技術支持，為21世紀的通信、航天、環境與資源等領域展示了可持續發展的新格局。在通信、遙感等方面，微小衛星將發揮重要作用。微小衛星將減輕自然災害，縮小城鄉差距。在軍事領域，諸如偵察、通信、指揮、決策、後勤及武器裝備等方面，微小衛星將起到重要作用，以適應現代戰爭的需要。

航天市場的需求也刺激了微小衛星技術的發展，21世紀初，衛星的製造成本隨著製造周期的增加而增加，技術先進性隨著製造周期的增加而下降。因此，具有重量輕、性能好、研製周期短、造價低等特點的現代小衛星，特別是納型衛星會給航天技術的發展帶來新的機遇。事實上，現代小衛星已經在通訊、遙感、電子、偵察等領域獲得了廣泛的套用，受到航天、軍事、工業及普通研究機構的普遍關注，成為當前航天技術發展的重要方向之一，並顯示出良好軍事經濟和社會效益。 　　

微小衛星技術的發展越來越受到各國重視，特別是它的發射，不需要大型火箭和大型發射場，可用小火箭隨時隨地機動發射，因此很多國家已將其列入國家級研究計畫，視為21世紀技術與經濟發展的一個制高點。　

發展現狀

世界狀況

微小衛星體積小、重量輕、研製周期短、成本低、發射方式靈活，在軍事上有較大的套用潛力，20世紀80年代中期以來受到越來越多國家的重視。美國已發射重量在幾百千克以下的多種小衛星和重量不足10千克的試驗型納衛星和皮衛星；英國、瑞典也在2000年發射了納衛星；法國、印度、阿根廷、智利、巴西、韓國、泰國、巴基斯坦等國已經有了自己的小衛星。此外，印度尼西亞、馬來西亞、菲律賓等國以及中國台灣地區正在與航天大國合作研製小衛星或微衛星。

中國狀況

早在1995年，中科院就根據國家未來星地通信技術發展需求，提出要自主研製中國首顆重量100公斤以下的低軌道數據通信小衛星及其通信系統。1996年，中科院微系統所提交了研製低軌道數據通信小衛星及其通信系統的報告。1997年底，中科院正式通過了特別支持重大項目“存儲轉發通信小衛星及其套用系統”的立項，準備研製一顆雙向數據通信的小衛星“創新一號”。研製任務主要由上海微系統所和上海技術物理所等單位承擔。進入知識創新工程的上海微系統所在體制和機制改革上的推進，為“創新一號”的研製奠定了堅實的科學技術基礎。2003年10月21日，中科院知識創新重大項目“創新一號”存儲轉發通信小衛星成功發射入軌，“創新一號”小衛星以存儲轉發的工作方式，實現全球範圍的非實時低軌道雙向數據通信。為提高抗干擾及增強保密性，衛星的通信載荷採用了擴頻通信技術。衛星為太陽能電池貼裝六面體的結構形式，採用重力梯度加磁力矩器主動姿控並輔加微型動量輪的姿態控制方案。衛星總重80餘公斤，平均功耗30瓦。這是中國自主研製的第一顆100公斤以下的微小衛星，也是中國第一代低軌道數據通信小衛星，對中國微小衛星的研究發展起到了重要作用，中國發展微小衛星事業的新局面也從此打開。

2008年9月，神七載人飛船的伴星又飛入太空，這是在繼承中科院創新一號小衛星成熟技術的基礎上研製的中國第一顆空間伴隨微小衛星。隨後，創新一號（02）星也於同年11月成功發射升空。

2012年5月10日15時6分，我國在太原衛星發射中心用長征四號乙運載火箭，成功將遙感衛星十四號送入太空。同時，成功搭載發射了天拓一號衛星，天拓一號發射成功，標誌著中國在微小衛星領域獲重要突破。

另外，中國還有許多大學、公司與參與研發微小衛星，如：清華大學、中國航天機電集團公司共同研製的“清華航天一號”微小衛星，中國衛星與深圳航天科技創新研究院、哈爾濱工業大學國家大學科技園有限公司共同設立的航天東方紅海特公司研製的“試驗一號”和“試驗三號”衛星，浙江大學的“皮星一號A”以及南京航空航天大學推出的“天巡一號”微小衛星等。

'天巡一號'微小衛星

發展方向

微小衛星主要有2個發展方向。一是研製輕型單顆衛星，這類微小衛星已經開始執行地球觀測任務，提供達到軍用解析度的圖像。美國空軍未來的全球定位系統（GPS）衛星每顆將不超過100千克；二是將微小衛星組成星座，進行編隊飛行，以代替昂貴的單顆大型衛星，例如天基雷達（SBR）群、長基線信號情報（SIGINT）星座以及連線小型地面終端的通信衛星群等。