小卫星越来越小，发射量越来越多

林来兴（北京控制工程研究所）

现代小卫星出现和兴起，至今已有30来年。小卫星在技术上快速发展，应用领域全面展开，应用效益日益增长，特别是质量在50kg以下的微小卫星。

1 微小卫星近十年发展概况

2017年8月，美国空间市场企业公司（SEI）在第31届小卫星会议上公布了微小卫星2017－2023年的市场预测。

根据预测数据，2017－2023年，正常情况（图中深蓝色）下，全球将发射近1760颗质量在50kg以下的微小卫星，平均每年发射251颗；乐观情况（图中浅蓝色）下，全球将发射近2400颗质量在50kg以下的微小卫星，平均每年发射343颗。

在用户分布上，2009－2016年发射的微小卫星中，40%为商业用户，28%为政府用户，其余32%为科研与技术试验。2017－2019年，预计商业用户上升至70%，政府用户下降至10%，其余20%为科研与技术试验，发射量增加主要为商业需求驱动。

在应用领域分布上，2009－2016年发射的微小卫星中，对地观测卫星占43%，技术试验卫星占42%。根据2017－2019年的应用预测，对地观测卫星将上升到64%，技术试验卫星下降到14%，微小卫星技术已经走上成熟应用阶段。

由于质量小于50kg微小卫星中，绝大部分（约90%）是10kg以下的纳型卫星，11～50kg的微小卫星仅占10%左右，说明纳型卫星也在走向实用阶段。

2 小卫星越来越小的原因分析

经过调查研究，小卫星越来越小的原因可以归纳为以下几个方面。

1）芯片技术、电子设备、计算机（包括软件）和信息技术等迅速发展，市场上的产品和设备性能日益提高，但价格持续下降。微小卫星充分利用这些产品，经过一定筛选后完全符合发射升空的要求——这是保证微小卫星飞速发展的物质条件。

2）立方体卫星组成纳型/微型卫星，易于标准化、模块化。目前国际上已经有多家企业专门制作和出售1U、2U、3U等立方体卫星结构部件，以及一些典型模块，如星敏感器，微小型飞轮等。用户可以按需选购，也可以根据新要求定购。采用这些标准化、模块化产品，既方便经济，又能保证可靠性。

3）微型推进系统技术逐渐成熟。推进系统的一个主要技术指标是每千克质量能提供的速度增量大小，目前微小卫星冷气推进的速度增量已经达到20～30 m/s，其他的推进系统将来有望达到更高水平。此外，无毒绿色推进器已经成功应用于微小卫星，例如“天空”（SkySat）卫星。

4）微小卫星姿态确定和控制系统逐渐成熟，微小卫星基本上已经从被动姿态稳定（自旋、重力精度、磁稳定）发展为主动三轴姿态控制，指向精度优于0.1°～0.05°，在实验室可达到秒级。仅在一些特殊需要下，微小卫星才采用被动姿态稳定，且姿控系统质量大大减轻。

5）微米纳米技术快速发展，使得微/纳机电系统在微小卫星上得以成功应用。

6）星上电源技术获得突破。目前微小卫星星上电源已采用如下技术：三结轻型太阳电池片，效率在30%左右；蓄电池采用锂电池，技术指标为200～300W·h/kg；电源控制采用星上计算机和软件，从而达到最佳电源功率分配使用，合理充放电，使电源达到最好使用状态。若将来进一步将石墨烯作为电池，星上电源的性能将获得极大提升。

由于上述原因，小卫星越来越小，星上功能密集度迅速提高。若加上下列两项原因，微小卫星的发射量将越来越多。

1）微小卫星成本低、研制周期短、应用效益越来越好。当前，国外已有多家私营企业进行微小卫星的开发和研制，这说明微小卫星具有良好的商业价值。除此以外，由于进入微小卫星门槛低，全世界高校和部分科研单位都积极参与研发，并引进商业竞争机制，形成了一支巨大的科研力量，促进技术水平快速提高。

2）低成本运载火箭发展迅猛。过去对小卫星来说，寻找合适的运载火箭搭载机会少且费用昂贵，一般发射费用超过小卫星本身费用。现在发射成本不断降低，极大增加了小卫星发射机会，“一箭多星”已成为常态，甚至出现了一箭上百颗微小卫星。

发射量多说明需求大，应用领域多。同时，由于商业竞争，企业希望争取更多用户，要求降低成本，从而也促使卫星越来越小。由此得出结论：小卫星越来越小与发射量越来越多，二者相互促进、相互补充。

3 结束语

21世纪以来，微小卫星迅速发展，卫星越来越小，发射量越来越多，这主要得益于微小卫星面向社会开放。引进商业竞争机制，鼓励私营企业开发卫星，完全符合我国当前倡导“大众创业、万众创新”的精神，将促使微小卫星进一步发展。