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微小衛星，別看它身材小但是本領大，不僅可以各自為政還可以協同合作，近年來迅速崛起，成為航天領域技術創新發展的一支重要力量，發展前景可謂是「小衛星大未來」。那麼什麼是微小衛星，它有哪些用途，什麼樣的獨特魅力讓它迅速備受矚目。本期學姐帶你一起來了解微小衛星。 小身材，大智慧——功能強大還不貴 自前蘇聯於1957年10月4日發射了第一顆人造地球衛星Sputnik以來，衛星得到了廣泛的應用。衛星家族也變得越來越龐大，並且用途不一，形狀各異，大小也相距甚遠。 20世紀90年代初，隨著微電子、現代通信、微機械、計算機技術、吸能材料和新能源的發展以及對空間環境的日益深入了解，衛星輕量化的趨勢愈加明顯，微小衛星技術已成為航天科技中的新領域。 ... 衛星有多種分類方法，微小衛星是按重量劃分的一種叫法。一般國際上將質量在500kg以下的衛星統稱為微小衛星，進一步細分，又可分為以下4類：小衛星（質量在500～100kg之間），微衛星（質量在100～10kg之間），納衛星（質量在10～1kg之間），皮衛星（質量在1～0.1kg之間），飛衛星（質量小於0.1kg）。 微小衛星是有明確用途的新一代衛星，主要特點有：重量輕、體積小、成本低（數千萬人民幣量級）、可以標準化生產、研製周期短（一年左右）、軌道低、發射方式靈活（既可與大衛星一起發射也可一箭多星發射，或通過空間站部署）、生存能力強、風險小，還有一點就是它的技術含量相當高；微小衛星還可以進一步組網，就是以分布式的星座形成「虛擬大衛星」，從而可以實現一些傳統大衛星複雜的功能。正是由於這些特點，微小衛星已經受到了各方面尤其是經費有限而技術力量雄厚的大學的廣泛關注,並得到了迅速發展。 在應用方面，微小衛星可用於通訊、導航、對地觀察、科學試驗和深空探測。在低軌衛星通信、全球飛彈、科學探測等方面，微小衛星的應用已占據重要位置。 低門檻、高科技——高校都能來參與 航天科技正逐步從軍事應用轉向經濟建設領域，商業運作則促使航天科技必須降低成本、提高效益。然而傳統的大型人造衛星，費用需要上億美元，這是許多國家難以承受的。相比之下，僅需要數千萬人民幣成本的微小衛星便吸引了全世界許多高校和科研機構的積極參與，形成了一支巨大科研力量，並且相互競爭，從而使技術水平快速提高。目前我國參與微小衛星研發的機構主要有中國科學院微小衛星創新研究院、清華大學、浙江大學、南京航空航天大學等。 ... 經過最近10年的高速發展，微小衛星的各方面能力可以說已經有了特別大的進展。 首先，信息技術的發展也促進了航天技術的發展。比如隨著晶片技術、電子設備、計算機和信息技術的發展，以及其產品與設備的性價比日益提高，使得微小衛星就能夠充分利用這些產品，讓新一代微小衛星在體積和質量在減小的同時，性能和應用能力卻得到大幅提升。這可是微小衛星的物質基礎。 另外，得益於太陽電池片效率的提升和電子產品小型化的發展，微小衛星的供配電系統性能也得到很大提高。目前，太陽電池的效率達到２９％~３３％，鋰離子和鋰聚合物蓄電池的比能達到了250·W·h·kg-1；電源控制系統也達到了最佳電源功率分配使用，合理充放電，使電源達到最好使用狀態。若將來進一步發展，石墨烯電池能用於衛星的話，那麼星上電源的提升就更大了。 不同於傳統大衛星的運載火箭定製專用發射，微小衛星的發射模式更加靈活。 目前，搭載發射和一箭多星已成為其發射的主要方式，例如2015年我國利用長征六號火箭成功實現１箭20星發射，這種密集的發射模式降低了微小衛星的發射成本，提高了大規模批量化部署的能力，進一步推動了微小衛星的產業化發展；2017年11月21日12點50分，長征六號運載火箭第二次成功發射，「一箭三星」將吉林一號視頻4~6衛星成功送入預定軌道。 另外，空間站釋放也成為了發射微小衛星的一種選擇，美國行星（Ｐｌａｎｅｔ）公司（原行星實驗室公司，於2016年６月更名）就利用國際空間站多次釋放了大量的皮衛星。針對逐漸增長的微小衛星發射需求，眾多宇航公司也在專門研製低成本小型運載器，例如我國長征六號運載火箭。 此外，飛機和退役火箭也可以改造成為發射微小衛星的運載工具，最典型實例是美囯國防先進研究計劃局DARPA提出採用火箭裝上多顆微型衛星搭載在飛機上，然後從飛機上釋放出火箭最後由火箭把衛星射入軌道，發射不受地理條件的限制，此計劃稱為「空中發射輔助太空進入」,並已經開始實施。 微小衛星研製周期短、成本相對較低的特點，使其成為商業投資的最佳切入點。例如眾多商業遙感公司的目標是發展大量的微衛星並應用到更廣泛的領域，包括油氣資源勘探、自然災害預報、城市規劃農業監測、交通導航和環境監測等。隨著微小衛星技術的進一步發展，以及與商業的深入融合，商業化將有可能成為推動空間技術發展的重要動力。 組星座、編隊型——DIY後更威風 星座組網、編隊飛行是微小衛星發揮效能的重要途徑，也是未來微小衛星應用的主要趨勢。由多個衛星按不同的軌道位置布置而形成小衛星星座運行，可以提高飛行任務的時間解析度，乃至實現全球的實時覆蓋；由多顆小衛星保持相對位置編隊飛行並且其觀測到的信號可以相干處理，則可以形成虛擬探測衛星，完成大型衛星無法實現的新應用。 ... 微小衛星通信星座。採用眾多微小衛星（甚至幾百顆）可以連續無縫覆蓋全球，衛星又處在低軌道，通信發射功率降低近三個數量級，為此地面通信收發設備的體積、質量和功耗需求大大降低，例如智慧型手機、計算機、簡易移動通信收發設備都可以加入星座實現通信業務。 編隊飛行，利用幾顆微小衛星實現編隊飛行可以獲得單顆衛星無法獲得的結果。例如如全球三維定位系統採用20顆電子偵察衛星，分成５組，每組４顆衛星實現編隊飛行；根據時差與頻差綜合定位原理，對地面雷達站位置可獲得0.5km的三維定位精度。 挑戰多，大眾化——未來可能無限大 微小衛星代表了航天領域的技術創新發展，將是航天新技術和新思想的活躍地帶，其潛力不言而喻。然而，微小衛星的快速發展在帶來技術變革和創新前景的同時，也可預見到大規模微小衛星系統的發展可能也會帶來一些問題，比如其對太空秩序和相關應用領域的影響。 由於微小衛星集中於低軌道，發射量大，且壽命相對較短，如果處理不當則會造成空間碎片隱患，會對空間安全造成一定的影響，另外部分在軌微小衛星可能會存在未按規定占用軌位工作頻率等問題。微小衛星未來將更加市場化和大眾化，如何規範軌道及頻率資源的申請和占用，將會成為一個國際性問題。 此外，大規模的組網運行模式，以及不斷增加的用戶數和任務量，對傳統的衛星運行控制系統提出挑戰。大量分散式運控系統的運行和用戶指令的發布，將會帶來行業管理、配套產品市場規範等新應用模式下的新問題。 ... 微小衛星產業的迅速崛起是航天發展的時代所需，它引領的是一種全新的航天科技創新及研製生產模式，開創了新的航天應用的運營模式，使航天應用不再單獨服務於國防及前沿科技探索，同時也服務於大眾，融入每一個人的生活，使得生活更加信息化、智能化 。 本文來自：中國數字科技館
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