现代小卫星最突出的成就

□ 林来兴

传统小卫星经历将近20多年历史，技术水平不断提高，应用向全方位扩展。分布式系统是小卫星应用最大的特点，特别是小卫星编队飞行更是空间技术在应用领域一个创举，也是空间技术今后一个重要发展方向。

高分辨率对地遥感

小卫星在空间遥感方面的应用主要是通过小卫星获得地球环境有关信息。表示这些信息技术水平有几个指标，分别是空间分辨率、时间分辨率和光谱分辨率等。在军事、地震、火灾、水灾等遥感信息应用方面，对空间分辨率和时间分辨率都要求特别高，小卫星的高分辨率成像系统是对空间遥感技术一次颠覆性的成就。

例如以色列研发的地平线系列侦察小卫星非常成功。无论光学或者微波（合成孔径雷达）成像系统分辨率完全达到当前国际水平(0.5米~1米)，而以色列所花费用估计低于美国类似卫星近一个数量级，研制周期仅为美国的1/2到1/3。

最近20年来，光学成像分辨率提升3个数量级（由1千米到1米），分辨率的提高几乎按“摩尔定律”在发展。图1表示英国萨利大学研制微小卫星光学成像分辨率随年代提高。图1中各个黑点表示某颗卫星在那年代所达到分辨率，红线表示这些典型卫星光学成像分辨率平均值。图中绿线表示按“摩尔定律”每隔2年分辨率翻一番。从图中可以清楚看到：平均值红线与绿线非常吻合，几乎没有什么差别。这说明：在这20年里，这些微小卫星的光学成像分辨率完全按“摩尔定律”在发展。

北京1号

图1 微小卫星光学成像全色分辨率随年代变化（摩尔定律）1——UoSAT-5，1991年发射，卫星质量50千克，全色分辨率1000米；2——POSAT-1，1992年发射，卫星质量50千克，全色分辨率200米；3——FASat-B，1998年发射，卫星质量55千克，全色分辨率90米；4——Tsinghua-1，2000年发射，卫星质量49千克，全色分辨率40米；5——KITSAT-3，2003年发射，卫星质量110千克，全色分辨率15米；6——Beijing-1，2005年发射，卫星质量160千克，全色分辨率4米；7——RajakSat，2009年发射，卫星质量180千克，全色分辨率2.5米。

图1中的黑点，仅是一个典型代表，类似微小卫星还不少，这里不能全部例举出来。根据萨瑞小卫星技术公司（SSTL）预计当微小卫星质量增加到200千克，光学成像全色分辨率可达到0.5米，时间大约在2013年以后。

空间通信和导航

利用小卫星组成星座实现全球实时通信和个人通信，可做到五个“5W”，即任何人（Whoever）在任何地点（Wherever）和任何时间（Whenever），可与任何人（Whomever）采用任何方式（Whatever）进行通信。

上世纪90年代全球有十多个小卫星通信星座（例如：铱星、全球星、轨道通信等），在空间成功运行十几年，发挥巨大作用。进入本世纪以后，这些星座又将继续发射第二代小卫星通信星座，每个星座都由几十颗小卫星组成。它们的经济成本将进一步下降，而技术性能将更大提高。上世纪80年代～90年代苏联曾1箭6星～8星，发射数据通信小卫星星座，卫星重220千克～250千克；同时，美国在上世纪90年代发射轨道通信卫星星座（Orbcomm），卫星重50千克～60千克。现在由沙特阿拉伯1箭11星发射的纳星数据通信星座（2007年4月17日）所替代，该星座由24颗重12千克的纳星组成，现已成功发射十几颗，其他纳星不久也将发射。由此可见，卫星质量比前者减轻一个数量级，比后者减轻一倍以上，同样成本费用也将大量降低。

由现代小卫星星座组成空间互联网，实现上述五个W功能，当前尚未完全达到，主要是经济因素，目前世界互联网都在地面上，经费成本低，但是对边远地区、水灾或火灾地区、战争以及地面站受破坏等等来说，空间互联网将占据绝对优势。为此利用小卫星组成星座实现全球实时通信和个人通信具有巨大潜力。

伽利略导航卫星星座

从上到下分别是“战术星”1~4

导航卫星过去都是采用大卫星 ，现在已经改为小卫星，例如：伽利略导航卫星系统采用30颗质量为640千克的小卫星组成星座。

实验与演示

美国FASTSAT计划中的小卫星

到目前为止，在成功发射的一千多颗现代小卫星中，一半以上都承担了空间技术实验与演示任务（包括专用空间实验演示小卫星和应用小卫星具有附带实验任务）。这是因为，小卫星提供了廉价、及时又方便进行实验的最佳途径，使许多新技术、新设计思想和新应用能够快速在空间得到验证和应用。这也是最近十多年来空间技术水平迅速提高的重要原因。

深空探测

由于需要大量经费和风险太大，深空探测任务一度逐年减少。随着现代小卫星的发展与成熟，深空探测近年开始活跃起来。美国从1997年以后深空探测基本都采用小卫星。特别是由于小卫星可以组成星群、星座和编队飞行，许多过去无法想象的项目，现在都可以实现。令人期待的是，在今后5年~15年期间，将有许多小卫星编队飞行进行史无前例的深空探测。例如：类地行星探测（TPF），X射线干涉成像（MAXIM）等。

军事应用

小卫星包括小型卫星、微星、纳星和皮星各种类型，军事应用方兴未艾，已成为有效抑制敌方侵犯必不可少的手段。

美国波音公司在2006年世界小卫星会议发表一篇报告说：对军事安全来说，小卫星的现在和将来都将成为美国政府一个重要财富。报告还论证了小卫星在军事上极其重要的用途，特别是空间攻防方面。

由于小卫星具有研制周期短、能够快速响应、机动灵活和及时更换新技术等优点，非常适合军事应用。例如最近美国正在研究快速响应空间系统（ORS），基本上采用小卫星技术。该系统目前已成功发射4颗“战术星”小卫星，完全满足军方提出的“三性”（快速性、全球性、经济性）要求。