欧欧洲洲航航天天产产业业对对小小卫卫星星技技术术的的发发展展规规划划

付郁 韩维

（1 北京空间科技信息研究所 2 中国空间技术研究院）

根据欧洲咨询公司《小卫星市场预测》报告，2018-2027年全球发射的500kg以下的小卫星数量预计将达到7038颗，小卫星制造和发射收入预计将达到382亿美元。同时，这一阶段也将是欧盟第9个框架计划（FP9）的实施阶段，欧洲航天研究机构协会（ESRE）向欧盟提交了《欧洲空间技术发展优先级与路线图（2018-2030）》，其中专门制定了欧洲小卫星技术发展规划，以期在欧盟FP9的资助下发展相关技术，提升欧洲小卫星技术水平和产业竞争力，在全球小卫星市场中占据更大份额。

1 《欧洲空间技术发展优先级与路线图（2018－2030）》出台背景

“框架计划”（FP）是欧盟自1984年开始实施的研究与技术开发计划，迄今已经执行了8个。该计划集中全欧洲科研资源和基础设施，将科学研究与市场需求结合，通过研发关键技术提升产业竞争力，是欧盟投资最多、内容最丰富、市场目的最明确、欧盟成员国共同参与的中期重大科技计划。2002年第六个多年财务框架计划设置了“航空航天”主题，航天领域重点投资“全球环境与安全监测”（GMES）计划（该计划现已更名为“哥白尼”计划）、卫星通信与卫星导航等方向；2007年第七个多年财务框架计划围绕“促进欧洲的经济增长和加强欧洲的竞争力”目标，在“合作计划”下设航天主题，关注GMES及增强欧洲航天基础研究，重点是应用服务以及技术研发，并在“交通”主题下资助“欧洲静止轨道导航覆盖服务”（EGNOS）项目；2014年第八个多年财务框架计划又名“地平线2020”（Horizon 2020），在“使能工业技术领导力”（LEIT）专项计划下设航天主题，重点关注空间使能技术，确保航天竞争力、自主可控与创新发展。

2017年起，欧盟组织成员国、工业界、研究机构等开始论证第九个多年财务框架计划，欧洲航天研究机构协会正是在此背景下向欧盟提交了《欧洲空间技术发展优先级与路线图（2018－2030）》。欧洲航天研究机构协会是由德国航空航天中心（DLR）、意大利宇航研究中心（CIRA）等机构组成的非营利性组织，目的主要是增进欧洲航天政府管理部门与航天产业界、学术机构之间的合作，提升欧洲航天技术水平和产业竞争力。《欧洲空间技术发展优先级与路线图（2018－2030）》分析了进入空间，通信，对地观测，导航，空间探索与载人航天，以及赛博安全、数据科学与量子技术等领域的技术发展趋势，并对照欧洲航天技术发展现状，对12个相关技术领域提出了对应的技术发展规划、发展方向及发展重点，其中包括商用现货（COTS）部组件技术、小卫星星座技术。此外，欧洲航天研究机构协会等机构还在向欧盟提交的建议报告中建议欧盟资助发展小卫星其他技术，包括地面批量化制造技术、天线平台集成技术、小卫星应用与深空探测、星座网络化协同、编队飞行技术、退役离轨技术，以及低地球轨道（LEO）星座应用所需要的大数据在轨智能处理、高速率激光通信技术等。

2 欧洲COTS部组件技术发展规划

随着微电子、微机械和新材料等技术的不断发展，微电子产品在商业领域中的应用越来越广泛，商业领域对微电子产品的投资也越来越大，使得半导体工业的技术进步越来越集中于商用器件领域。这导致的结果是，航天器广泛应用的航天器件价格比COTS器件高出数倍，而性能落后2～3代。《欧洲空间技术发展优先级与路线图（2018－2030）》提出，欧洲将按照2018－2020年和2020－2030年两个阶段发展COTS部组件技术，促进在航天活动中大量使用COTS部组件，最终目标是研制完全基于COTS的小卫星，进而显著降低航天活动成本。

在第一阶段，即2018－2020年期间，建立欧洲航天研究机构协会发展COTS部组件的路线图，并对该路线图展开SWOT分析，邀请欧盟、欧洲航天局（ESA）及其成员国、航天产业界和测试机构参与到该路线图行动中。这期间，欧洲航天研究机构协会将开展的研究活动包括：研究不同COTS部组件商业应用案例，分析发展COTS部组件的前景，确定要资助发展的候选部组件；研究这些候选COTS部组件在航天活动中应用的关键领域，并对COTS部组件的适用性展开分析；与COTS部组件制造商建立合作关系，了解COTS部组件的构造和工艺；让商业化的测试机构从一开始就参与进来，让这些测试机构其对该领域有认识；通过调研欧盟非航天领域以及美国国家航空航天局（NASA）、日本宇宙研究开发机构（JAXA）的相关标准，建立欧洲航天领域COTS技术标准。

COTS器件与航天器件能力发展趋势比对

欧洲推动COTS在空间领域广泛应用的发展路线图

在第二阶段，即2021－2030年期间，欧洲将通过资助若干100万～200万欧元级别的项目，识别、筛选和测试适用于不同航天领域的COTS部组件，包括被动元件、二极管、晶体管（如金属氧化物半导体场效应晶体管、场效应晶体管、双极管等）、高功率组件、集成电路（如运算放大器、电压调节器、直流变换器等）、内存、微处理器、可编程逻辑器件、光电发射器和探测器、电池等。这些项目将致力于在高可靠性工业和民用领域（如汽车领域）的数据库中识别候选对象，并最终建立欧洲航天COTS部组件数据库。

3 欧洲小卫星星座技术发展规划

《欧洲空间技术发展优先级与路线图（2018－2030）》提出将按照2018－2020年、2021－2025年以及2026－2030年三个阶段，通过一系列举措发展小卫星星座技术，以提升其在小卫星领域的竞争力，具体包括：一是把建设欧洲“新航天”星座作为开发验证欧洲小卫星技术和服务的主要手段；二是把最好的工业实践引入到航天领域，如汽车行业的大规模连续生产是建设小卫星星座的关键技术；三是研发关键使能技术，主要是按照“新航天”模式立即开始技术研发，缩小与美国的技术差距，同时研发颠覆性创新技术、有效载荷及应用服务。

欧洲小卫星星座技术发展路线图

2018－2021年的关键目标是对小卫星星座的验证任务进行任务定义和关键技术研发。其中，任务定义要对粮食安全、气候行动、能源安全、社会安全、智能绿色交通、前沿科学等目标市场的终端用户需求进行分析，并基于需求分析开展小卫星星座验证任务选择、任务概念设计、关键要素识别（包括批量生产需求等）、星座架构定义等。技术研发所涉及的关键活动包括：满足星群和编队飞行星座需求的安全星间通信技术，以小卫星电推进技术为代表的星座定位和轨道控制技术，分布式在轨数据处理、加工和分析技术，敏感器数据融合技术，分布式敏感器和多敏感器研发等。按照预期，欧洲将在2020年提出一项小卫星星座验证任务，并在欧盟第9个多年财务框架计划支持下予以实施。

2021－2025年的关键目标是对演示验证任务和选定技术开展在轨飞行验证。依托飞行演示验证小卫星，欧洲将试验基于智能材料、多材料的3D打印技术，在轨总装、测试与集成，安全自主运行技术，高精度姿态与轨道测定及控制技术，在轨大数据处理技术，并测试与远程控制飞行器系统（RPAS）及高空伪卫星（HAPS）的网络集成能力，并同时开发该演示验证任务的地面应用和市场前景。

2026－2030年的关键目标是建设业务化小卫星星座，并对高可靠性简易离轨系统、卫星可视化及星座运管系统、满足星载高级处理需求的传感器融合技术等前沿系统技术进行演示验证，技术演示验证的最终目标是推动相关技术的技术成熟度不小于7。

4 结束语

欧洲历来重视发展小卫星技术，整体技术水平和业务化应用能力较高，在对地观测、船舶自动识别（AIS）等数据采集、科学与技术试验领域实现了广泛应用，并不断推进在低轨宽带通信、物联网、机器对机器（M2M）通信等领域的应用发展。未来，在欧盟、欧洲航天局以及产业界的合作努力下，欧洲有望通过相关技术研发，在全球新一轮低轨大型星座发展浪潮中抢占更多发展机遇，增强欧洲航天的竞争力。