纳米卫星：“人小鬼大”的空天装备

美国海军正在考虑通过一项使用纳米卫星的计划来减少成本。近日，据外媒报道，在太平洋中心太空和海洋作战系统的支持下，太空系统项目执行办公室正在发展一种被称为一体化通信拓展能力体的低成本纳米卫星，也叫“冰帽”。该卫星长度不足30厘米，质量不足11千克，预计在2015年进行一次发射，有望展现其在北极和大半个世界间中继信号的能力，以及通过海军移动用户目标系统的安全网络向用户传送数据的能力。

纳米卫星，又叫纳星，通常指质量小于10千克、具有实际应用价值的卫星。纳米卫星由于体积小、成本低、可快速发射和批量生产、隐蔽性好、生存能力强，特别适用于未来空天战争和信息化战争，具有巨大的军事应用价值。

纳米卫星诞生于实际需要

一般意义上，我们将卫星按特定质量级别进行区分，一般质量在10～100千克的称为微型卫星，而质量只有1～10千克的小卫星，就被称为纳米卫星。随着运载火箭推力的提升以及卫星技术的发展，大型多功能卫星开始出现，大卫星的制造需要高昂的成本，其发射风险也大大增加，一旦发射失败将会造成严重的损失。因此，低成本、易发射的微小卫星技术的发展又被正式纳入议题。

世界上第一颗数字式中继卫星——TDRS通信卫星

对于纳米卫星技术的研究可以追溯到1984年美国国防高级研究计划局的全球低轨道信息中继计划。与传统的卫星发展方式不同，该计划在不到一年的时间内就成功制造了一颗数字式中继卫星，花费只有100万美元。受限于当时的材料技术和设计制造能力，该星的体积和质量依然较大，但它通过航天飞机在空天成功发射，并迅速完成了职能使命，标志着微小卫星技术重新得到了航天界的重视。

纳米卫星的概念最早由美国宇航公司于1993年提出，卫星整体由分层的半导体芯片和微型仪器以及其他分系统组成，未来质量可以降低到0.1千克以下，通过卫星组网可以实现空间大范围绘图和地面战场导引等诸多功能。可以说，纳米卫星是卫星设计思想上的一个巨大变革，成为各国广泛关注的新技术。未来信息化条件下局部战争在时间上的突发性、爆发地点的不确定性等战况，尤其需要各国根据需要应急发射小卫星。纳米卫星的这一军事应用价值也引起了各航天大国的高度关注。

各国竞相发展的航天界“新宠”

与其他类型的卫星相比，纳米卫星的优点在于质量轻、体积小巧、便于设计研发、可以平台化集成、制造周期短并且成本低廉。而且还可以通过各种先进的卫星通信系统直接操作卫星，是各国竞相发展的航天界“新宠”。

为降低发射费用，纳米卫星常采用一箭多星的发射方式进行发射。目前已经发射的纳米卫星包括：俄罗斯的SPUTNIK-2卫星、美国的AUSat卫星和PICOSAT卫星以及英国的SNAP-1卫星等。纳米卫星质量虽小，它的功能却不少。美国斯坦福大学研制的QuakeSat卫星可以使用磁力计对高空的低频磁场等进行研究，用以对地震进行分析预测。日本东京大学的XI-IV纳米卫星就使用CMOS相机对地球和太阳影像进行拍照。英国萨瑞公司的SNAP-1型卫星可对其他卫星拍照，用以判断在轨航天器的完好状态和工作能力。挪威科技大学等组织共同研发的nCube卫星可以接收船只的广播AIS信号，提供船只的方位、位置等信息，确保船舶航行安全。此外，纳米卫星组成的卫星网络在应急通信领域也具有巨大的潜在优势。

目前在国际纳米卫星研究领域，美国处于技术领先地位。2002年12月，美国“奋进”号航天飞机就发射了2颗只有2磅重（约为0.9千克）的纳米卫星。从2003年开始，美国空军和国防高级研究计划局开始研发新一代低成本军用纳米卫星，并于近几年相继交付。

或将对未来空天行动产生重大影响

目前，纳米卫星技术研究及相关组网技术是卫星技术研究的重点，相关技术可以在军事侦察、地质勘探、灾害预防和科学实验等领域发挥巨大应用，或将对未来的空天技术发展产生极其深远的影响。

研究表明，只要在太阳同步轨道上等间隔地布置一定数量的纳米卫星，就可以在任意时刻对地球上的任何地点进行连续监视和干扰。由于纳米卫星具有良好的分散性和集成组网特性，即使少数纳米卫星受到攻击而失灵，也不会使整个卫星作战网络瘫痪。同时，纳米卫星成本低、体积小，可批量生产、快速发射，在卫星组网领域具有较好的灵活性，成熟的平台化技术也可以大大扩展其应用范围。例如，在纳米卫星平台上集成低分辨率相机，对相同地区连续多次拍照，就可以集成为高分辨率图像。

除此以外，纳米卫星还可以应用于未来教学与空天科研实验。由于系统复杂度大大降低，研发费用较少，科研人员可以像组装电脑一样按照需要组装卫星，并可以实现卫星编队飞行、太阳风、地磁场等领域的空天实验。

虽然纳米卫星体积小，功能目前比较单一，但其具有灵活的机动性和组网能力，可一次发射多颗直接组合，一旦组成卫星网络，其作战效能可远大于单颗大型卫星。可以预想，在未来的某一天，将上演一场基于这种“人小鬼大”的纳米卫星技术的“星球大战”！

nCube卫星

卫星组网概念图