现代小卫星与大众化空间时代

林来兴张小琳

（1北京控制工程研究所，北京 100190）

（2北京空间飞行器总体设计部，北京 100094）

现代小卫星与大众化空间时代

林来兴1张小琳2

（1北京控制工程研究所，北京 100190）

（2北京空间飞行器总体设计部，北京 100094）

通过论述现代小卫星技术30年的发展历程，总结其技术发展水平并举出现阶段的典型应用实例，讨论小卫星未来的发展方向，论述大众化空间与现代小卫星的关系，总结现代小卫星技术服务于大众化空间的各项特征。

现代小卫星；大众化空间；小卫星优势；小卫星应用；发展方向

1 引言

从1957年世界第一颗人造卫星发射成功——人类开始进入空间时代，迄今已有半个多世纪。在空间时代最初的十几年中，空间项目具有开创性、高技术和高风险的基本特点。此时正值美苏两国展开空间竞赛，在这个不计成本和投资的时代，空间技术及应用得到了很大发展，只是技术本身由极少数国家掌握，处于垄断的局面。

20世纪80年代，冷战压力造成各国的航天预算经费急剧降低，与此同时，随着计算机、信息等高技术的不断出现，对空间技术的发展提供了有力的支持。从这个时期开始，空间项目开始与人类自身的社会、经济活动密切相关，对社会大众的工作和生活产生重要影响。由此，20世纪80年代中期国际上兴起小卫星热，小卫星相比大卫星具有一系列的优势，从而得到了广泛的应用，获得巨大的效益。

近10年来，由于立方体星和由它组成的纳型卫星、微型卫星等技术的飞速发展，立方体星组成的航天产品实现了标准化、模块化、高可靠性和短研制周期；同时在国际互联网和大数据时代飞速发展的背景下，使得小卫星获取的各种观测数据，能够及时在人类社会实现价值应用并获得收益。

近年来现代小卫星开始迈进新的空间时代——大众化空间（Public Space）［1］。为此，本文将论述大众化空间与现代小卫星的关系，讨论现代小卫星技术发展水平和典型应用实例，展望小卫星的发展方向，即以扩大现代小卫星特点为目标的空间技术和应用的开发——私人与普通民众都可参与小卫星开发项目，并总结现代小卫星技术服务于大众化空间的各项特征和成功经验。

2 大众化空间的概念与现代小卫星

2.1 大众化空间

在航天领域，“大众化空间”这个名词刚刚出现，尚未得到公认的明确概念和严格定义。但是，顾名思义，大众化空间的主要特征是：空间活动是大众化和普遍性的，不再如空间时代初期，空间活动仅局限在少数国家的大型科研机构或大型企业中。大众化空间活动投资少、收益多、见效快、研制周期短、应用广泛，服务对象是不受地域限制的广大社会民众，无论是中小国家、私人企业乃至个人都可能参与空间活动并获得回报［1］。而这一特点，只有利用现代小卫星才能完全体现，也就是说，现代小卫星快速发展到今天，已经开始迈向新的空间时代——大众化空间。

2.2 现代小卫星

20世纪80年代中期，国际上由于采用新技术和新设计思路所兴起的小卫星热，至今已有30年，在此期间全世界共发射了各种小卫星近2000颗，约占同期航天器发射数量的40%。小卫星技术经过30年的快速发展，取得了巨大进步，其应用向全方位发展并获得广泛效益。与传统大卫星相比，后来的小卫星具有一系列的优势。为此，把这些小卫星称为现代小卫星，以区别早期由于运载能力和空间技术限制所发射的那些水平较低的简单小卫星。

通过对已发射的这些现代小卫星技术性能分析研究，同时又考虑当前各国所制定的开发研究小卫星计划（包括已经在研究或计划发射的小卫星），现代小卫星具有独特的优势，具体内容可参考文献［2］。现代小卫星也存在缺点：①单颗小卫星有效载荷的质量和功率有限；②对单点故障敏感；③短期运行寿命和可靠性比大卫星稍差。但是，小卫星在应用上常常采用分布式空间系统，则可发挥其优点并克服缺点。如果采用分布式空间系统，小卫星就会有如下优势：

（1）单颗大卫星功能可由若干颗小卫星来替代（例如采用干涉原理），甚至还可获得更好的技术性能；

（2）可以实现低成本的全球实时对地观测；

（3）不会由于单颗小卫星发生故障而导致系统性能受到严重影响，从而获得很强的生存能力，这点对于军事应用特别重要；

（4）系统技术性能可以获得定期改善和提高；

（5）系统偶然性故障较低，而消除故障费用很少。

在航天领域曾经有人担忧，由于小卫星发射过多会增加空间碎片的危害性，但是文献［3］的研究表明没有这样严重。

2.3 现代小卫星分类和应用

现代小卫星分类、特点、成本和应用概况如表1所示［4］。

表1 现代小卫星分类、特点、成本和应用概况Table 1 Classification，feature，cost and application of modern small satellites

续表

表1中共有6种小卫星分类。30年来，虽然现代小卫星已经发射近2000颗，但是它们的入轨质量差异很大，从1 kg到近1000 kg。发射数量约占同期航天器发射数量的40%，但发射入轨的质量不到发射总质量的10%，而经济成本投入不到5%。从它们在空间领域所起的作用看，可以覆盖现有大卫星的很大一部分。这也是现代小卫星正在迈向大众化空间的重要特征。

3 现代小卫星发展水平

现以小卫星应用实例来说明其技术发展水平；更重要的是论述大众化空间时代一些主要表现。

3.1 对地观测

小卫星在对地观测方面应用是最成功的，可以说在技术上获得巨大突破。

1）“羊群星座”

美国私营行星实验室（Plant Labs）公司研制了3U立方体星对地观测项目。2013年发射了4颗“鸽子”3U立方体星Dove-1～4，对地观测光学成像地面分辨率为3～5 m，单颗卫星质量5 kg。2014年共发射3U立方体星4次总计93颗，其中成功发射3次（67颗卫星），火箭发射失败1次（26颗卫星），3U立方体星外形结构见图1。经过上述成功的空间技术试验，获得很多技术改进策略（特别是在太阳电池板方面［5］的改进）。该公司计划在2015—2016年发射150颗3U立方体星以组成对地观测超大星座——“羊群星座”（Elock Constellation），对地观测光学成像分辨率为3～4 m，单颗卫星5 kg，轨道高度500 km，实现全球覆盖，重访时间接近实时。采用长期在线（Always On）工作模式，无需对卫星下达成像指令即可自动持续获取全球图像。基本上实现多年来人类对地观测的梦想——随时随地的高分辨率对地观测。这个超大星座，卫星总质量仅约800 kg，投资成本估计在1～2亿美元左右（卫星若成批生产还会降低成本），这仅相当于一颗普通中小型卫星的质量和投资成本。

图1 3U立方体星外形Eig.1 Configuration of 3U CubeSat

2）“天空”卫星星座

美国私营天空盒子公司（Skybox）研制微型对地观测星座，2013—2014年先后发射2颗“天空卫星”（SkySat），单颗卫星质量100 kg，光学成像对地分辨率为0.8～0.9 m，多光谱分辨率2 m，幅宽8 km，卫星设计寿命6 a，563 km/593 km太阳同步轨道。空间飞行试验成功后，卫星经过一些设计改进，公司决定在2015年开始发射多颗微型卫星组成星座，卫星质量120 kg，采用500 km太阳同步轨道。星上具有无毒绿色燃料推进系统。“天空卫星”外形如图2所示。

图2 “天空卫星”外形Eig.2 Configurations of SkySat

“天空卫星”星座将来由24颗星组成，实现全球对地观测，重访时间为8 h，全色分辨率0.8 m，多光谱分辨率2 m［6］。若与以前传统大卫星相比，分辨率相同而重访时间缩短到1/40～1/50，整个星座卫星总质量减轻到1/2或1/4，投资成本也降低到1/2或1/4。

“天空卫星”星座的观测数据将随时传输到地面上，由地面云计算机进行数据处理，利用当前大数据时代技术和互联网，可以及时、广泛地传递到全球各地用户，数据费用低廉。

3）高分辨率光学成像卫星

以色列在2010年6月成功发射地平线-9（Ofeq-9）对地观测小卫星。全色分辨率0.5 m，多光谱分辨率2.5 m，幅宽16 km，卫星质量272 kg。这种极高分辨率小卫星与传统对地观测大卫星相比（例如美国“锁眼”侦察卫星），分辨率相同，卫星质量减轻一个数量级，投资成本降低一个数量级，研制周期缩短到1/2或1/4。

4）合成孔径雷达小卫星

合成孔径雷达卫星（SAR）可以实现全天时、全天候的对地观测。但是卫星功耗很大，为此传统SAR卫星每颗质量都在2～3 t以上。

以色列在2009年和2014年分别发射地平线-8和地平线-10对地观测卫星，卫星分辨率为1 m，卫星质量仅260 kg。与此相似，印度也在2009年发射合成孔径小卫星RISAT-2。这是目前世界上最轻的3颗合成孔径雷达卫星。图3是以色列地平线-8与地平线-10卫星的外形图。

图3 地平线-8与地平线-10卫星的外形Eig.3 Configuration of Ofeq-8 and Ofeq-10

上述SAR小卫星比传统SAR卫星质量减轻一个数量级，对地观测分辨率提高3～4倍，成本也随之降至1/5～1/7。

3.2 通信卫星星座和导航卫星星座

1）通信卫星星座

由于通信卫星星座需要无缝覆盖全球，必须采用多颗卫星组成星座，现代小卫星的出现才使得通信卫星星座容易实现。通信卫星需要在轨工作寿命较长，一般为10～15 a，同时又需要较大发射功率，以便降低地面接收设备复杂性。为此，通信卫星星座都采用广义小卫星，质量为500～800 kg。

20世纪90年代，小卫星星座发展达到高潮，其中较为典型的移动通信卫星系统有：“全球星”（48颗）、“铱星”（66颗）、“轨道通信”（Orbcomm）（36颗）等星座。进入21世纪后，这些星座开始发射第二代卫星，例如“铱星”准备从2015年开始，星座仍然由66颗组成，每颗卫星重800 kg，寿命10 a。“全球星”星座从2010—2015年完成第二代全部发射任务，星座仍然由48颗组成，单颗卫星质量700 kg，设计寿命15 a。“轨道通信”星座第二代从2012年开始至今已完成全部发射任务，星座由18颗卫星组成，单颗卫星172 kg，设计寿命5 a。数据通信能力比第一代提高了十几倍，这对大数据时代将发挥很大作用。第二代Orbcomm卫星外形如图4所示。

图4 第二代Orbcomm卫星外形Eig.4 Configuration of 2nd generation（OG2）satellites

上述小卫星第二代通信星座实现后，智能手机有望通过连接卫星星座与全球任何地方实现话音和数据通信，基本达到“个人通信时代”，实现卫星通信的5个“任何”（5W），即任何人（whoever）在任何地点（wherever）与任何人（whoever）于任何时间（whenever）采用任何方式（whatever）进行通信。

2）导航卫星星座

目前世界上有4个著名的导航卫星星座，其中欧洲伽利略星座采用广义小卫星，星座由30颗卫星组成，分布在3个轨道面，每个轨道面9颗，还有3颗备份卫星，也分别布置在3个轨道面内。卫星质量为733 kg，圆轨道的轨道高度23 616 km，轨道倾角56°，设计寿命12 a。从2014年开始正式发射。在此之前，曾经发射4颗试验卫星，质量和轨道与正式卫星完全相同。

由于伽利略导航星座主要用户为欧洲国家，为此导航最高精度设置于北纬75°，其他参数与GPS、俄罗斯（Glonass）导航卫星基本相同。

3.3 小卫星编队飞行

现代小卫星应用的特点是分布式的，分布式主要包括星座和编队飞行。前者仅能增加覆盖区域和缩短重访时间，后者构成一种新的功能卫星，可以获得小卫星星座和单颗卫星不能获得的观测效果。

小卫星编队飞行现在主要还处在研究和空间飞行试验阶段，全世界估计有十几项飞行试验在预研中。下面将介绍目前的2种实例，第一种已经实现，第二种处于研制阶段。

1）合成孔径雷达高程编队飞行

德国分别于2007年和2010年发射了两颗雷达卫星，卫星以同轨串联编队飞行。圆轨道轨道高度514 km，轨道倾角为97.44°，卫星质量约为1000 kg，设计寿命5 a。目前其在轨已经编队飞行3～4 a。获得对地观测高程精度为1 m，这是目前世界上首个实用微波对地观测的编队飞行卫星。由于采用同轨串联编队保持队形，可获得高精度观测效果。

2）编队飞行全球三维定位系统

全球三维定位系统基于反GPS工作原理，反GPS工作原理是空间编队飞行的3～4颗卫星能同时收到地面目标发出的无线电信号，根据接收信号的时差与频差，获得地面目标位置，这就是电子侦察卫星的基本原理。文献［7］介绍了以“白云”电子侦察卫星为例，由3颗卫星组成的定位系统（在高纬度地区这种定位系统无法使用），并提出一个可以连续侦察地面和海洋的4颗小卫星组成的电子侦察卫星系统。

3.4 军用小卫星

军用卫星是应用卫星开发研制最早的卫星。不少国家不惜投入重金研制军用卫星。过去大都采用中型和大型卫星。自从现代小卫星出现和技术上飞快发展，目前已有一部分军用卫星采用小卫星。小卫星技术更新快、研制周期短、生存能力强（多颗小卫星同时使用）、经济成本低、应急补充增强与组网服役快等特点都非常适用于军用卫星。

美国是研制军用卫星最多的国家，仅军用卫星的种类就达到17种，毎个种类包含若干个型号，而每个型号有多颗卫星，其中很多种类采用小卫星，特别本世纪以来采用小卫星更多，有些已开始获得良好效果，表2列出了美国一些典型的军用小卫星［8］。

表2 美国军用小卫星Table 2 Military small satellites in USA

美国波音公司的研究报告指出，在未来20年小卫星（特别是在空间控制、空间攻防等方面）将是美国政府的重要财富。当前美国军方正在继续加强研制全球监视和空间攻防系统，目的是逐渐削弱传统常规武器的作用，以使其能继续独霸世界。

当前军用小卫星还处在开始阶段，尚未大规模实现装备化、业务化。从未来发展来看：小卫星获得广泛军事应用将是卫星技术发展和能力需求增长的必然结果。目前美国提出的小卫星设计思想：以20%成本投入，获得80%成效。小卫星军亊应用将自成一派，也将打破一些陈旧思想。最终小卫星以创新技术体制，全面支持实战化应用能力，并以低成本快速集中在战术应用方面，和大卫星共同构成一个全新完整的军事航天器装备系统［9］。

3.5 纳型卫星和微型卫星的现在和将来

这里所讨论的纳型卫星和微型卫星，质量范围在1～50 kg。这些卫星绝大部分是由立方体星组成的纳型卫星，再由纳型卫星扩展成为微型卫星。从1999年立方体星概念的提出和2003年6颗立方体星首次成功发射以后，立方体星技术发展很快，因为卫星成本低、研制周期短、实用性强，已经由空间技术试验扩展到工程应用。同时立方体星的结构组成和许多分系统已做到标准化、模块化，可在国际空间市场上购买和订购。下面对纳型卫星和微型卫星的现状和将来做简要综述［10-11］。

纳型卫星和微型卫星从2009—2016年已发射和计划发射的卫星数量如图5所示［11］。已发射卫星（2009—2013年）称为“当下前期”，计划发射（2014—2016年）称为“当下后期”。

图5 已发射和计划发射的纳型卫星和微型卫星Eig.5 Number of NanoSats and MicroSats launched and to be launched

图5中左侧表示2009—2013年5年间，纳型卫星和微型卫星成功发射的总量为202颗，平均每年发射40余颗。右侧表示从2014—2016年3年计划发射卫星数量为650颗，每年平均为216颗。其中有一个数据是，2012年发射量为34颗，而2013年发射量为93颗，增加了269%。从2009—2016年，可以认为是纳型卫星和微型卫星技术的“当下”的状态。它们将来的发展状态为2017—2020年，这4年间的国际空间市场预测表由在图右侧的虚线表示，未来平均每年发射量在360颗左右。若考虑市场理想的情况，预测每年平均发射量可达490颗。

目前的纳型卫星和微型卫星应用领域分类如图6所示［11］。图6（a）表示“当下前期”（2009—2013年），图6（b）表示“当下后期”（2014—2016年）。从图6中可看出，前期空间技术试验占202颗的55%，到后期下降为20%，而对地观测从前期12%上升到后期52%。由此可见纳型卫星和微型卫星已经走向实际应用阶段。

图6 目前的纳型卫星和微型卫星应用领域分类Eig.6 Application of NanoSats and MicroSats

纳型卫星和微型卫星历年发射量如图7所示［11］。从2006—2013年，历年纳型卫星发射量比微型卫星多，特别是在2012年到2013年，纳型卫星发射量从26颗上升到86颗，这主要是“羊群星座”发射成功所造成的。

图7 纳型卫星和微型卫星历年发射量Eig.7 Number of NanoSats and MicroSats launched

纳型卫星与微型卫星在7个领域的典型应用实例如图8所示。这7个领域包括：通信、遥感、科学研究、生物实验、技术验证、军事应用、高校培训。每个领域列出了其典型卫星的名称及质量。2013年的纳型卫星在各领域典型应用实例如图9所示，由于2013年发射纳型卫星与微型卫星的数量比2012年增加2.7倍，所以有必要对该年所发射卫星进行深入了解［10-11］。

对纳型卫星和微型卫星可得如下结论：

（1）现代小卫星分类中，纳型卫星和微型卫星，每年发射量增加速度是最快的，例如现在年发射量为137颗（2013—2016年的年平均值），专家预测未来5年（2017—2020年）纳型卫星和微型卫星年平均发射量将增至350颗左右，也就是说比现在发射量剧增2.5倍［10-11］。

（2）纳型卫星和微型卫星已经从空间技术试验阶段，逐渐走向实际工程应用阶段。

（3）从2000—2012年，历年全球各类小卫星，从每年发射量来看，纳型卫星和微型卫星发射量占据主导地位，51～200 kg的微型卫星发射量相对较少。具体数字见图10。

图8 纳型卫星与皮型卫星在7个领域的典型应用实例Eig.8 NanoSats and PicoSats instance

图9 2013年发射的皮型卫星的典型应用实例Eig.9 PicoSats instance in 2013

图10 微小卫星的发射数量Eig.10 Number of Mirco-SmallSats of launched

3.6 空间技术试验

为了确保航天器在轨道能按设计寿命安全、正常运行，以及需要不断采用新技术与新设计思想，提高空间技术水平，航天器在研制过程和发射前都要进行一些空间飞行试验与演示验证。现代小卫星出现后，就为此提供了既经济又快速的物质条件。估计全世界发射小卫星的总数有1/3都用于进行空间飞行试验。为此，最近十几年来，航天器技术水平和运行安全、可靠性不断提高与此有密切关系。技术试验卫星水平随时代前进也在不断提高。

3.7 纳型/微型航天器深空探测

近期国内外应用纳型/微型航天器进行深空探测的研究成果，有如下两个实例。虽然这2个航天器尚未发射，但是其创新性和技术水平是很高的，将来所获得的观测成果也有可能是以往的深空探测器所不能及的。

1）“空间超低频射电观测台”

“空间超低频射电观测台”（Space Ulta-Low Erequency Radio Observatory，SULERO）在日地间的拉格朗日点L2上，由13颗纳型/微型航天器组成一个编队飞行系统［12］。该系统由2部分组成：12颗纳型航天器组成编队飞行称为子星，一颗微型航天器称为母星。系统结构组成如图11所示（图左侧为子星，图右侧为母星）。

子星编队飞行分布在30 km×30 km的正方形区域，每颗纳型航天器设有3根双极小天线。整个12颗编队飞行纳型航天器组成射电望远镜阵列。这些天线检测超低频的无线电波，并把数据传输给母星，经过数据关联和信号处理后，压缩传输数据容量，然后传递到地球。

母星为微型航天器，质量为几十千克量级，子星为纳型航天器，质量为几千克量级。采用中国“长征”系列火箭发射到L2点，由于L2点基本处于失重状态，各颗子星在编队飞行状态轨道摄动差很小，同时编队飞行是离散形的，对队形保持要求不严格，每年需要保持航天器间轨道位置的燃料消耗很少，速度增量约为几米/秒。

该系统所谓超低频射电观测台检测的射电频率为1～100 MHz。这个频段在地表上由于受到地球上面电离层影响和地表各种人为无线电干扰，是无法实现检测的。地面上射电天文检测频率都在100 MHz以上的高频段。为此，这个编队飞行空间超低频射电观测台正好弥补地面射电检测不足，将获得地面观测尚未得到的检测结果。

图11 空间超低频射电观测台系统结构组成Eig.11 Space Ulta-Low Erequency Radio Observatory

2）自主纳型技术群星

在太阳系中，火星轨道与木星轨道之间，存在一条小行星带。这些小行星是未能成形的岩质行星的残余，约有50多万颗小行星。体积大小差异很大，最小的直径仅有1 km左右，最大的直径有上千千米。它们与太阳的平均距离为2.8天文单位（AU）。过去很长历史时期对小行星带的探测收获很小，由于缺乏有效的观测手段。为此，NASA计划在2020—2030年在小行星带建立一个“自主纳星技术群星”（Autonomous Nano Technology Swarm，ANTS），从而可以长期探测小行星带。这个自主群星准备由1000颗纳型航天器组成，每颗航天器质量为几千克。它分批由火箭发射在太阳与木星间的拉格朗日点上，然后择机进入小行星带，组成自主纳型航天器群星（Swarm）。所谓群星是类似于被动编队飞行，它依靠一种仿自然界昆虫的组织方式，例如蚂蚁觅食、蜜蜂筑巢行为的人工智能方法，使群星内所有纳型航天器可以自主保持松散队形，也就是说不会发生某些航天器走失，而且不消耗燃料。ANTS具体如何探测小行星和如何把处理数据送回地面接收站可参阅文献［13］。

这项飞行任务，目前还处在研究阶段，将来群星性能如何尚需等待空间飞行试验来验证。

4 现代小卫星今后发展方向

现代小卫星今后主要发展方向如下：

（1）充分应用先进信息技术，在卫星内部将更换小卫星信息结构，时刻要保持与快速发展的信息和计算机技术同步，甚至在某些方面超前应用；在卫星外部，要与信息技术全面、深度融合，从而使小卫星应用发生革命性变化。具体地说，采用地面云计算机和互联网进行数据处理和数据传输，确保及时、廉价获得小卫星所获得的成果。现代小卫星要适应不断发展的大数据时代的需求。

（2）现代小卫星的“大众化空间”。其主要标志与特点就是小卫星成本低、研制周期短、能获得较大的应用效果。为此有人把某些小卫星称为“个人卫星”或“公民卫星”。私人可以参与研制开发和应用。促进小卫星更快发展，使投资主体多元化。

小卫星设计思想和研制方式要有所创新。例如：NASA 2014年已经把3D打印机送上“国际空间站”，进行空间飞行试验，其目的是了解3D打印机如何适应在失重环境下工作。若能成功，则有人假想将来可应用3D打印机在空间站内制造纳型与微型卫星的结构分系统，因为这类小卫星大都采用立方体星组成，结构较简单，许多部件在地面都已经标准化、模块化，而且已积累许多研制成功的经验。然后在空间站把这些分系统和相关部件组成一颗卫星，之后逐步提高3D打印机制造小卫星的能力。

在空间站内制造出纳型卫星和微型卫星，可以节省一大批发射费用和许多地面试验（例如失重、力学试验等），做到又省、又快研制小卫星。

（3）降低小卫星运载费用。今后要降低小卫星运载费用会采用各种模式的运载方式。

①一箭多星发射，目前已有一箭运载30多颗小卫星的方式，主要需要解决小卫星安装适配器及释放机构。

②在发射主卫星的运载器上搭载，其问题是还要等待合适的发射时间，要适应剩余空间和允许质量的约束。

③由退役武器（导弹）或退役喷气式飞机改装为发射小卫星的运载器。美国的纳型发射器公司（Nano Launcher）已经成功把退役喷气式飞机改装为小卫星发射器，将在2015年下半年接受发射任务。

④鼓励私人公司创办小型火箭与小卫星公司，使研制和发射小卫星实现多元化，从而促进技术发展和降低成本。目前国内外都有这种公司，例如国外有美国SpaceX公司，国内有刚刚创建于深圳的翎客航天公司。前者已经取得了一些成功，并且开始像正规航天公司承担正式发射任务。后者才刚开始，估计需要一些时间才能见分晓。

以上这些发射方式，总的目的是希望对小卫星发射费用，能够从目前上万美元每千克，逐步降低到几千美元每千克。

（4）小卫星最大应用特点是分布式系统，为此今后应积极研究和开发5S技术。所谓5S是协同小卫星系统和服务（Synergic Small Satellites Systems and Services），具体关于5S的概念和内容可参阅文献［2］。

（5）小卫星能源和推进分系统是发展小卫星功能密度的最大关卡。建议将来有条件时，能源系统采用空间无线能量传输，目前日本已先后两次成功进行了微波无线输电试验，这说明不久将来无线输电商业化已成为可能。除此外还应积极开发研究轻型大容量电源系统，推进系统采用电磁力和电推进。

（6）采用先进的微型机电系统（Micro Electromechanical Systems，MEMS）和纳型机电系统（Nano Electromechanical Systems，NEMS）。

（7）采用GPS或类似导航星座（如GLONASS、Galileo、“北斗”等）为星上提供时标、位置、速度与姿态测量等信息。

（8）充分运用微型、纳型和皮型卫星进行空间飞行演示验证，积极采用新技术和创新设计思想，从而迅速促进小卫星分类中的各种小卫星更新换代。也就是说：每隔2～3年，大卫星小型化（部分大卫星由小卫星替代）、小卫星由微型卫星替代、微型卫星由纳型卫星替代等等。

（9）未来，小卫星（特别是纳型卫星与微型卫星）每年发射数量将有可能达到300～400颗，可占卫星年总发射量的50%以上，这就是大众化空间时代即将到来的标志。

（10）现在就应准备不久将来在小卫星发射数量巨增时，逐步解决空间废弃卫星的回收问题，从而保证地球轨道环境的清洁与安全。

5 结束语

现代小卫星从出现到快速发展至今已有30年历史，它所具有的特点，以及应用的广泛性和普遍性已得到充分体现，它正在迈向大众化空间时代，这与半个多世纪前计算机的发展非常相似。大众化空间时代对民用与军用都具有重大意义，应引起足够重视，以便在大众化空间时代高潮到来的时候，能够站在最前列。

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［1］J Adam.Towards the second space age—Public Space［C］//9thIAA Symposium on Small Satellites for Earth Observation.Berlin：IAA，2013

［2］林来兴.协同小卫星系统和服务［J］.航天器工程，2013，22（5）：110-118 Lin Laixing.Synergic small satellites systems and services［J］.Spacecraft Engineering，2013，22（5）：110-118（in Chinese）

［3］林来兴.空间碎片现状与清理［J］.航天器工程，2012，21（3）：1-10 Lin Laixing.Status and removal of space debris［J］.Spacecraft Engineering，2012，21（3）：1-10（in Chinese）

［4］林来兴.小卫星技术发展和应用前景［J］.航天器工程，2006，15（3）：14-18 Lin Laixing.Development and application prospects of small satellite technology［J］.Spacecraft Engineering，2006，15（3）：14-18（in Chinese）

［5］Christopher R Boshuizen，James Mason，Pete Klupar，et al.Results from the Planet Labs flock constellation，SSC 14-I-1［R］.Surrey，UK：SSC，2014

［6］Skybox Company.SkySat MicroSatellite［R/OL］.［2014-01-27］.http：//space.skyrocket.de/directories/ chronology.htm

［7］林来兴，车汝才.卫星编队飞行精确动力学模型和三维定位系统［J］.宇航学报，2008，28（3）：831-836 Lin Laixing，Che Rucai.Accurate dynamics models of satellite formation flying and 3-Dimension positioning system［J］.Journal of Astronauties，2008，28（3）：831-836（in Chinese）

［8］Guter Dirk Krebs.Gunter's space page［ED/OL］.［2015-05-04］.http：//www.skyrocket.de/cgi-bin/search.pl

［9］张召才.美国深挖小卫星潜力，欲提升军事航天能力［J］.卫星应用，2015（2）：37-44 Zhang Zhaocai.America is developing the technology of small satellites to improving the capability of military space activities［J］.Satellite Application，2015（2）：37-44（in Chinese）

［10］Elizabeth Buchen，Dominic De Pasqule.2014 Nano/ Micro satellite market assessment.Space works enterprises［R］.Atlanta：SEI Inc，2015

［11］Dominic Depasqule，Jhon Bradford.2013 Nano/Micro satellite market assessment［R］.Atlanta：SEI Inc，2014

［12］Shufan Wu，Wen Chen，Yonghe Zhang.SULERO：a swarm of Nano-/Micro-satellite at SE L2 for space ultra-low frequency radio observatory，SSC14-III-9［R］.Surrey，UK：SSC，2014

（编辑：张小琳）

Modern Small Satellites and Public Space Age

LIN Laixing1ZHANG Xiaolin2
（1 Beijing Institute of Control Enginerring，Beijing 100190，China）
（2 Beijing Institute of Spacecraft System Engineering，Beijing 100094，China）

The 30-year retrospect on the development of modern small satellite technology is discussed systematically.Therefore，this paper discusses the modern small satellite technology development level and the typical application examples，introduces the development direction of small satellite，and summes up the characteristics of the modern small satellite technology and services in public space.Small satellites are moving towards the Public Space Age，so the paper deduces the relationship between Public Space and modern small satellites.

modern small satellite；Public Space；small satellite advantage；small satellite application；development direction

V11

A DOI：10.3969/j.issn.1673-8748.2015.03.013

2015-04-10；

2015-05-04

林来兴，男，研究员，从事航天控制、小卫星编队飞行研究。Email：laixing-lin@sina.com。