小卫星发射的选择

+ 张雪松/squirrel

小卫星发射的选择

+ 张雪松/squirrel

小卫星以其物美价廉的特点，随着技术的进步得到了空前的大发展，但在小卫星产业蓬勃发展的乐章中，却有着不和谐的音符，那就是小卫星的发射问题。航天发射的报价一向居高不下，小型运载火箭的单位质量发射价格更是偏高，而微电子和微机电技术的进步浪潮下，小卫星研制生产成本却越来越低，这让运载火箭和小卫星在成本上的矛盾日益突出。

传统方式

从过去的历史来看，小卫星不外使用小型运载火箭发射，使用中型运载火箭发射和使用大中型运载火箭搭载发射等方式。目前小卫星发射大行其道的是搭载方式，尤其是新兴的微纳卫星和立方体纳卫星，更是经常选择更廉价的搭载方式。

2014年第聂伯号火箭成功进行了一次一箭38星的发射，将310千克的小卫星Deimos-2以及搭载的37颗微小卫星送入轨道。国际空间站的常态化货运发射也提供了搭载的便利，利用安塔瑞斯和猎鹰九号运载火箭将小型、微型和纳卫星作为次级载荷搭载发射屡见不鲜，甚至成为纳卫星发射的主要手段之一。有些微纳卫星还选择作为货物载荷送到国际空间站，然后从国际空间站释放进入轨道，9月17日巴西的立方星Serpens就由日本的HTV-5飞船带入国际空间站，并部署释放到近地轨道。

小火箭发射小卫星，是一个十分顺理成章的想法。2014年的92次航天发射中，主要是大中型运载火箭的发射，但也有部分小型运载火箭发射任务：以色列的Shavit-2火箭和我国的快舟一号火箭各进行了一次发射，俄罗斯的Strela和欧洲的织女星火箭同样各进行了一次发射，俄罗斯的Rokot火箭则进行了两次发射。它们发射的基本是几百千克的小型卫星，尤其是俄罗斯发射的Strela军用卫星及其民用版Gonets-M卫星，质量都只有200多千克，但使用的是高度1400千米、倾角82.6度的特殊轨道，根本无法搭载发射。我国的快舟一号卫星着眼空间应急应用，也无法采用时效性差的搭载发射方式。

现有的小卫星发射方式尽量回避航天发射的高成本对小卫星的影响，但小卫星产业的发展需要更具性价比和灵活性的发射方式，这是目前老式小型火箭或是设计时主要用于发射大型卫星的大中型火箭心有余而力不足的，在需求的推动下发射小卫星的新型火箭研制呈现井喷之势。

鹿死谁手

现有的小卫星发射方式尽量回避航天发射的高成本对小卫星的影响，但小卫星产业的发展需要更具性价比和灵活性的发射方式，这是目前老式小型最具商业价值的小卫星质量为数百千克，无论是太空探索技术公司的全球卫星通信网、Oneweb卫星通信网，还是典型低轨道遥感卫星，几乎都集中在这个范围内。它们体积重量较大，搭载发射方式不太合适，正是新一代小卫星发射工具争夺的焦点。

对于低轨道星座成百上千的卫星发射数量，老式的一次性运载火箭如联盟火箭即使一箭多星发射也多少有些力不从心，太空探索技术公司推出了复用型猎鹰九号火箭，维珍银河公司正在研制空射的发射器一号，这两种新型火箭虽然运力相差悬殊，但都着眼降低发射费用。目前来看如果未来猎鹰九号火箭能实现复用，可能具有更大的优势，发射器一号虽然通过空射方式提高火箭的运载系数并相应降低火箭的大小和质量，但火箭毕竟还是一次性的，降低成本的空间有限。不过事无绝对，有航天飞机重复使用失败的前车之鉴，猎鹰九号的重复使用能降低多少成本还是未知数。当然猎鹰九号在复用方面采取稳健的螺旋研发模式，在成熟的一次性火箭基础上一步步摸索前进，即使火箭重复使用没能达到理想的效果，如在中近期将猎鹰九号的发射费用降低到700万美元左右，也仍是一种性价比相当出色的运载火箭。发射器一号空射火箭近地轨道运力约为400千克，这样的小火箭具有研制难度低，制造简单，综合成本低的优势，猎鹰九号火箭重复使用降低成本的努力失败的话，它和发射器一号之间鹿死谁手还是未知数，从经济上说，可重复使用的中型运载火箭是大批量发射小卫星的最佳选择。

发射器一号选择了小型运载火箭的路线，这也是目前风行的潮流。Oneweb星座的通信卫星质量125千克，Skybox遥感卫星质量小于100千克，其他类似的低轨道星座方案，卫星质量普遍也不高，对比猎鹰九号那样近地轨道运力超过10吨的火箭，近地轨道运力1吨以内的小火箭进行多星发射在灵活性和经济性上要更有优势。猎鹰九号那样的中型火箭固然可以一箭部署大量小卫星，但廉价小卫星数量一大成本仍然不是一个小数，更别说发射失败引起的部署进度的落后甚至整个项目遭遇信任性危机的风险了。小型运载火箭不仅降低了火箭研制难度，相应的降低了火箭的发射成本，因为一箭发射的卫星数量较少，也降低了发射失败时引起的损失，同样的单位发射成本和发射成功率下，小型火箭在保险费率上必然更占优势，也就意味着综合发射报价更低。这种理论绝非闭门造车，欧盟的伽利略导航星座最初曾有阿里安5火箭一箭八星发射的方案，后来调整到一箭六星最后降低到一箭四星，在此之前又使用联盟火箭一箭双星发射伽利略卫星，主要的考虑就是降低法发射失败的损失。目前欧美新兴航天发射公司蜂拥而至，老牌企业也在试图研制小型运载火箭，争夺小卫星利润最丰厚的发射市场，产生了诸如Firefly、Electron以及Super Strypi这样的小型运载火箭。我国也研制了长征六号、长征十一号和飞天一号等小型运载火箭，用于满足国内未来各种低轨道星座小卫星的发射需求。不管重复使用的猎鹰九号那样的火箭是否成功，灵活廉价的小型火箭始终有自己的一席之地。

小型运载火箭不仅着眼于满足100千克以上小卫星的发射需求，它们还适用于一箭多星发射100千克以下的微卫星，而这个领域正在展现出越来越大的商业和军用价值。美国陆军和国防先进研究项目局启动了鹰眼卫星项目，它是一种质量约14千克的纳卫星，但可在近地轨道提供1.5米的全色分辨率，而且成本只有100万美元。第一颗鹰眼卫星可能搭载猎鹰九号火箭在今年年末升空，如果计划顺利的话可能启动后续的全球星座，美军认为30颗鹰眼卫星可以提供全天候覆盖全球的侦察监视能力。可以预见，未来类似鹰眼这样的微纳卫星会越来越多，在军事和商业上取得更多的进展，微纳卫星即将迎来爆发性的大增长，中型火箭现在搭载发射试验性微纳卫星还能应付，但对未来微纳卫星星座组网需要的发射灵活性和定制化要求就鞭长莫及了，要满足商用和军用微纳卫星的革命性成长，尤其是它们对运载工具提出的廉价性、灵活性和可靠性的综合要求，只能靠新一代小型运载火箭。我国的长征六号火箭首次发射一箭二十星，长征十一号火箭一箭四星，其中发射的主要就是纳卫星，随着我国卫星技术的发展进步，这些微纳卫星将从试验星走向实用星，新一代的长征六号和十一号小火箭，配合类似鹰眼这样的小型遥感星和通信星，将带来我国卫星技术和应用的巨大变革，我国新一代长征小火箭的多星发射也将成为新常态。

说到及时性，空间应急响应始终是一个热门话题。无论是从防灾减灾还是补网补盲，快速发射能力都是一个核心障碍。受限于个人视野，很多人一支认为火箭的快速响应发射能力用途不大，因为卫星的研制生产才是麻烦的核心，卫星的研制一般耗时数年之久，集成测试和发射准备测试一般也要几个月，发射入轨后还需要一段不短的时间调试才能交付用户使用，但卫星技术的迅速发展让这一切成了明日黄花。姑且不论美国的空间作战响应（ORS）的进展，我国已经发射的快舟一号卫星和今年长征十一号发射的浦江一号卫星，都已经实现了快速的地面检测和及时的在轨交付。浦江一号卫星通过全数字化设计、柔性化结构设计和即插即用的通用化设计，实现了快速按需配置等多种有效载荷，卫星一个星期即可完成发射准备，一天完成在轨交付，而军用的快舟一号卫星走的是定制化的道路，在发射准备和空间交付速度上更快。这些新型卫星的出现，为空间应急响应的实现铺平了道路，而火箭反而成了一个薄弱环节，我国为此研制了快舟一号和长征十一号小型固体运载火箭，它们的发射准备时间都可以压缩到一天内，满足了应急响应的发射需求。美国也研制了Super Strypi火箭，优先满足美国军方空间应急发射的需求。

综述

纵观小卫星发射市场的过去和现在，还没有一种发射方式完全兼顾成本、灵活性和性能，未来小卫星发射市场上最大的可能是多种发射方式并存，不过领头羊必然发生变化。搭载发射方式作为一种重要的小卫星发射方式仍然会存在，但它将逐步丧失价格低廉的优势，这种方式发射的小卫星数量所占比例不可避免的下降。从发射卫星的数量上说，专用的小卫星发射火箭未来将占据优势，尤其是类似猎鹰九号加多星分配器这样的火箭，一箭多星部署的低轨道通信卫星将占据主流。从长远看，猎鹰九号这样的中型火箭对应商用的需求，而小型火箭可以满足包括个人需求在内的更广泛的微小卫星发射市场，有望得到更好的发展。