世界热头条丨方兴未艾的小卫星市场发展快速

2022-08-21 15:59:35 来源：科普中国

2022年8月10日，我国长征六号运载火箭在太原卫星发射中心点火起飞，成功将16颗商用卫星送入太阳同步轨道。这16颗卫星都属于人们常说的“小卫星”。

(资料图片)

长征六号运载火箭成功将16颗商用小卫星

近些年来，小卫星的发射数量呈现快速增长之势。小卫星越来越热，并成为航天业的一个热门话题。

卫星的“大”与“小”

人们之所以会讨论小卫星，主要是因为传统的卫星体积大、重量大，一枚运载火箭一次只能发射一颗，这就为空间段资源的丰富带来了极大的障碍。当然这并不是说此前业界不想制造小卫星。在上世纪90年代以前，因为电子技术不够成熟，集成电路还没有充分应用到卫星制造上，大多数卫星的电子电路，还是用分立器件来制造的。分立器件不但本身体积大，而且耗电量很大，这就迫使卫星要安装更大的电源系统，而从让卫星“长胖”了。

此外，在90年代之前，由于对空间环境的认识不够充分，人们往往在卫星电子元器件上采用了太多的防护措施和冗余措施，这无疑也加大了卫星的体积。

小卫星有自己的定义

进入90年代之后，人们通过工程实践，发现完全可以用现代集成电路和容错思想，设计体积更小、功耗更低的卫星来实现和大卫星一样的功能，这就为小卫星技术的兴起铺平了道路。

小卫星的最初概念是不超过1吨，但是随着技术的发展，人们发现这个标准定得实在是太宽泛了，在很多用途上，卫星可以造得更小，于是小卫星的概念变得更加丰富。如今，通常将500~1000千克的卫星称为小卫星，100~500千克的卫星称为微小卫星，10~100千克的称为微卫星，小于10千克的称为纳卫星。

萨里大学在小卫星中贡献大

在小卫星走向工程实验化的过程当中，英国萨里大学发挥了非常大的作用。萨里大学的科研人员成功设计了一大批具有实际价值的小卫星。这些小卫星的尺寸不过几十厘米见方，重量不过几十千克，却能够有效实现对地观测、科学实验、通信转发等功能。1985年，这个科研团队自己创办了萨里卫星公司，甚至承接了欧盟的伽利略卫星实验星研制任务，进入了主流航天市场。2014年，萨里卫星公司被EADS阿斯特里姆公司收购，继续从事小卫星科研。

乐高积木式思维的立方星

1999年，美国加州工业大学提出了立方星概念。这个概念把搭建卫星变成了一种乐高积木式的思维，最基本的立方星是边长10厘米的立方体，卫星所需要具备的所有功能都包含在内，其中包括结构、供电、热控、姿态和轨道控制，当然也包括有效载荷。

有时候，一个10厘米见方的立方体并不能够容纳卫星的所有功能，所以人们就把这个10厘米边长的立方体称为一单位。相应的可以制造两单位、三单位或者更大单位数的立方星。到目前为止，体积最大的立方星是12单元，如果再大就会失去立方星存在的意义了。

制造数量最多、实际应用效果最大的立方星，大概是美国行星实验室公司的“鸽群”星座。这个星座由大批3单元立方星构成，卫星的单个重量只有5千克，已经发射了数百颗，目前在轨运行的还有100多颗。2017年，行星实验室公司用印度的极轨道运载火箭，一下子就发射了104颗卫星，其中有88颗“鸽群”，创造了卫星一箭多星发射的新纪录。

立方星标准在应用期间越来越体现出了它的价值。立方星实现了标准化，零部件和分系统容易批量化制造，这就有效降低了成本，成为很多高等院校、科研机构、初创企业，用来开发教育卫星、科学实验卫星的最佳选择。

美国从政府、军方到有关创业公司，往往使用立方星来搭载一些专门性比较强的试验，来验证某一项具体的关键技术或者元器件。以往，这样的试验如果想要获得空间飞行的机会，就要排队等待大卫星的搭载机会。而大卫星的业主往往不太愿意，以免这些小东西万一发生故障，影响整个大卫星的任务。立方星的出现就为验证试验提供了很大自由。

另外，由于立方星的外形比较规整，有利于新建结合装置和卫星部署装置的设计，所以如今所研制和发射的小卫星绝大多数都是采用立方星标准的。

互联网星座快速兴起

如今，低轨道卫星互联网星座正在兴起，而构成这些星座主体的全部是小卫星，包括著名的星链星座、一网星座和光速星座。这几个星座虽然没有采用立方星标准，但是因为制造数量巨大，因此可以建立大规模的流水线，大批量生产，有效降低了卫星价格。据说星链和一网卫星的单价都可以控制在100万美元左右。这对应用卫星来说，是一个极低的数字。

中国有关单位在小卫星科研上也取得了很大成绩，目前在轨飞行的吉林一号星座、高景星座，都属于小卫星星座。而用于物联网通信的天启星座，采用了立方星的理念。正在研制部署的星网星座，同样也采用小卫星概念。最近几年，中国的小型运载火箭异军突起，为小卫星的发展提供了很大的助力。长征十一号、捷龙一号、快舟系列等火箭，都非常适合于小卫星的快速发射。

小卫星的大发展

经过30多年的探索和实践，小卫星已经从一种科学实验型平台成为了航天活动的主力之一。小卫星平台技术、有效载荷技术正在迅猛发展。不仅如此，还有一大批企业正在围绕着立方星平台开展技术创新和模式创新，比如开发体积非常小的电火箭发动机，用于立方星的空间姿态机动和轨道保持。

在可预见的将来，小卫星将成为主要的卫星形式之一，在具体的制造和发射数量上会远远超过大卫星。当然小卫星的蓬勃发展也带来了新的问题，那就是这么多小卫星，特别是立方星会不会成为空间垃圾新的来源，因此国际航天业界制定了新的行为规则。相信围绕着小卫星的各种技术发展和政策法律问题研究，将是今后一段时间航天界的热门话题。

关键词：运载火箭萨里大学发射数量