小卫星蓬勃发展为当前航天管理体系带来挑战

刘笛

摘 要：国际上将质量在500～1 000 kg之间的卫星称作是小卫星，经过人类的不断探索与突破，目前国外在小卫星的研究方面已经取得了一定的进展，研究方向包括功能、成本、研制部署效率、应用广度与深度等。相关研究的发展带动了军事航天装备的升级与优化，并且为部分国家快速完成航天事业的建立和发展提供了必要的技术支撑。从另一角度看，小卫星研究的不断发展可能对国际上共同承认的航天管理体系产成一定的影响，因此，业内人士应尽早关注，积极应对。

关键词：小卫星;航天管理体系;挑战;影响

中图分类号：V474;V57 文献标识码：A

0 引言

在21世纪，利用新技术进行的小卫星试验将取得重大突破。例如，航天器能夠实现自主导航控制、故障检测和维护以及数据处理，大大减少了对地面控制和通信支持系统的依赖;微电子技术的迅速发展在恒星电子电路和节点的小型化方面取得了革命性的突破，使得诸如恒星导航、远程控制和数据处理等电子系统可以集成为一个小的核心尺寸：用于有效载荷的微电子技术，移相器和成像光谱仪小型化;光通信技术的发展在接收机、发射机、天线、交换机和传输线等领域都取得了革命性的进展。例如，可以利用光通信手段，用直径为0.3 m的望远镜取代现有的8 m天线，并将摄像机连接到望远镜上，提供导航和通信;航天器在结构、热管理、电源和位置控制方面的模块化、集成化和多功能子系统。这些技术进步为发展小型卫星提供了技术基础。在此基础上美国制定了“21世纪新攻势”计划目标是将卫星质量降低到目前的十分之一有效载荷占卫星总重量的比例从30%提高到70%功耗降低三分之一，成本降低三分之一，研制周期从目前的四年到八年缩短到一年半到两年，以便在21世纪发射大量低成本的小型自主航天器和小型卫星，推动小型火箭的发展。

1 国外小卫星的蓬勃发展使其地位和作用不断提升

21世纪以来，航空航天领域的发展有了质的飞跃，国外不断加大对卫星技术的研究投入，相关技术在不断获得突破与发展，使得部分国家的小卫星技术迅猛提升，小卫星发射数量也大幅提升。小卫星的功能、使用周期、自主生存能力均有了不同程度的提升，小卫星技术的发展不仅带动了工程教育、技术验证和科学实验等传统领域的进一步发展，并且对通信和观测领域的业务开展也提供重要的技术支持[1]。

虽然小卫星的单星能力较为有限，但与大卫星相比，也具备性价比更高，发射部署更加灵活的优点，通过发射多颗小卫星，搭建多星组网能获得比大卫星更广泛的应用。部分国家在推进航空航天技术的军事应用路径时就会将建设重点放在小卫星技术的突破上，提高军队对战场情况的掌控能力，并且部分技术已经在当前得到了广泛应用。

小卫星技术的复杂程度远不如其他航空航天技术的复杂程度高，使得很多中小型民营企业、航空航天院校甚至中学都加入了小卫星技术的研究与探索当中，使航天技术在研发与应用方面与其他航天技术相比更具生命力与创新性。美国就曾在2013年发射了全球首颗由高中生研制的卫星。

小卫星技术的发展与应用为相关行业和军事装备的发展与变革起到了积极的促进作用。部分民营企业抓住了小卫星技术发展带来的商机，积极开展相关技术的研究与应用，推动行业的发展与变革。例如天空盒子成像公司曾通过发射多颗小卫星构建卫星组网，利用卫星组网为地面传输1 m级图像与视频，并具备8 h全球数据更新能力，在此基础上开发在线访问和云服务功能，允许第三方开发定制个人应用工具，该举措极大程度地促进了卫星遥感服务的个性化发展。在军事方面，美军曾在2013年提出将利用多颗小卫星分担大卫星共功能的想法，既能保证卫星功能的实现，又能在一定程度上规避单颗卫星故障对系统功能实现的影响，提高卫星的抗风险能力，也能避免因潜在对手对单个节点的攻击而使整个体系丧失功能的现象[2]。

小卫星技术的蓬勃发展逐渐改变了卫星体系的运转方式、体系主体和作用，此前，小卫星主要扮演着补充中大型卫星功能的角色，应用价值远不能与中大型卫星抗衡，通过技术的不断发展，小卫星的应用路径越来越广，未来势必会发挥更大的作用与价值。

2 小卫星相关活动应遵循现行相关航天管理规则

无论小行星的质量、尺寸、执行任务有何不同，都与大卫星一样属于空间物体，所以其发射和运营应严格遵守相关管理规则与条例。并且随着相关技术的不断完善与发展，越来越多的国家制定了详细的国家航天法，很多国家也依托于小卫星技术的应用与小卫星的发射，跻身于航天国家行列[3]。有效载荷是卫星技术应用的核心内容之一，也是卫星技术发展中最积极的因素之一。为了提高卫星的研制水平和应用效率，必须优先发展有效载荷。另外，要实现卫星的小型化，首先要保证有效载荷的小型化。卫星平台由有效载荷提供服务。只有缩小规模，平台和卫星才能整体小型化，这是小型地球观测卫星有效载荷的必要前提。如何使这些遥感仪器小型化也是一个关键的技术问题，我们的小卫星正在研制中。目前，小卫星的有效载荷主要是低分辨率的电荷耦合器件。

3 小卫星蓬勃发展为现行航天法规带来新的挑战

小型卫星之所以吸引人们，是因为它们“更快、更先进、更省时”，适应了中小国家部委、高等教育机构和研究领域的需要。许多国家航天机构和空间技术生产公司准备采取一系列开发管理改革措施，以缩短开发周期、降低开发成本、提高产品质量，从而打造更知名的“多功能、低成本、快速交付”平台。由于航天准入门槛的不断降低，拥有发射小卫星技术的国家越来越多，进入外层空间的小卫星数量也急剧上涨，这对空间碎片、频谱利用、太空物体等级、卫星许可证等方面的工作增加了难度，若不能采取有效的管理手段，可能会对其他航天活动的开展带来不利的影响[4]。

3.1 小卫星活动规范应明确纳入航天法规

航天技术是人类在发展中创造的新兴技术，技术的开发、应用、维护与管理都并未可借鉴经验，是人类在不断的摸索中逐渐完善的，因此，很多国家虽然在积极研发小卫星技术，但相关航天法规并不完善，不能对执行任务的小卫星起到有效的约束。例如加拿大曾发射过一颗质量为65 kg、轨道高度为800 km的近地物体监视卫星，主要用于探测跟踪行星和卫星的空间望远镜。但发射时加拿大国内的航天法规中并没有相关条例能对此类型的小卫星进行管控和许可，因此，虽然该卫星获得了发射和使用，但并不满足加拿大外事与国家贸易部的许可标准，虽然如此，加拿大作为该卫星的发射国，仍需对其负起相应责任。随着技术的不断发展与完善，相信未来会有更多种类的小卫星会在外层空间执行任务，所以，相关法律法规还需进一步完善。

3.2 小卫星许可审批制度应适当放宽

大多数国家在卫星发射之前都需要获得相关机构的批准与许可，例如美国专门设置了国家海洋与大气管理局审批遥感卫星是否符合发射标准，美国国家内所有有发射遥感卫星计划的单位与个人都需要向该机构提交申请，在经过一系列考核与评定之后才能获得许可。对于小卫星来说，由于其種类与执行任务较大卫星更多样化，加之国际上对其发射与管理的制度都在不断完善当中，所以对其发射的审批标准还较为严格，未来可能各个航空国家会放宽小卫星的发射审核条件，但仍不能放松对管理的重视，应立足于当下，放眼于未来。

3.3 小卫星应加强履行太空物体登记规则

进入太空的物体是需要强制登记的，但是近年来，随着各个国家大力促进航天事业的发展，很多国家对进入太空物体的登记力度已大不如前，并且卫星由外国运载火箭发射或卫星接轨时间较短，部分国家在相关信息的公开上具有时间延时甚至隐瞒。若不能加强对小卫星的登记力度，随着科技的发展，会有越来越多的物品进入太空中，为辨识小卫星增加难度，并且很可能因对卫星轨迹的不了解，使其在进入太空后发生碰撞事故，继而引发一系列问题。

3.4 小卫星会增加空间碎片消除的难度

目前，很多国家和企业为完成阶段性的发展需求发射低轨道小卫星，这类小卫星的发射目的针对性强，在任务完成后即失去使用价值，沦为空间碎片。目前并没有成熟的技术能对这类碎片进行回收和处理，空间碎片数量的急剧增加加大了太空物体碰撞的几率和危险系数，并且具有进入大气层的可能，威胁地面生命、环境和财产的安全。虽然部分国家和国际组织针对空间碎片的消除和处理发布过一些指南和指导意见，但这类指南主要是通过国家机构进行实施，在国际上并不具备普遍约束能力。

4 结语

综上所述，小卫星的蓬勃发展对现行航天管理体系带来的挑战可能是未来所有发展航天技术的国家都需要面对的重要问题，考虑到越来越多的高等教育机构、中国的私营企业或其他社会组织开始参与微卫星有关的科学技术和应用活动，所以如何制定和完善中国空间政策法规，规范微卫星快速健康发展，维护国家安全和外交利益，妥善履行国际义务和责任，应纳入中国目前建立外层空间管理体系的工作中，并从根本上加以解决。我国近年来在小卫星技术的研发上也获得了飞快的进步，如何制定并完善国内现行航天政策规章，促进行业健康发展，是值得国家航天行业内深度思考的重要问题。

参考文献：

[1]林来兴.微小卫星技术发展和应用前景[J].国际太空，

2019（6）：46-48.

[2]白照广.中国现代小卫星发展成就与展望[J].航天器工程，2019（2）：9-16.

[3]宋洁琼，褚鹏蛟，贾文婷.知识产权视角下的微小卫星测控通信技术发展研究[J].中国航天，2020（11）：51-56.

[4]杨少鲜，李宏伟.商业航天发展的特征问题和对策探析[J].卫星应用，2020（8）：25-30.