2015年全球小卫星发展回顾



2015年全球小卫星发展回顾

2015 Year in Review：Global Small Satellites

张召才 何慧东 （北京空间科技信息研究所）

2015年，全球成功入轨小卫星（本文中提及的小卫星专指发射质量低于500kg的卫星）数量虽较2014年略有回落，但整体仍继续保持较高活跃度，发射数量实现连续3年破百。传统小卫星系统不断更新换代，新兴小卫星逐步具备业务服务能力，极大地推动了航天技术创新，并革新了卫星应用模式和商业航天发展模式。

1 发射统计分析

全球小卫星发射数量近5年首次下探

2015年，全球共成功发射小卫星149颗，相较2014年162颗略有回落，这是近5年来全球小卫星发射数量首次下探，但整体仍保持历史较高发射水平。从发射数量看，自2013年小卫星发射数量阶跃式增长以来，全球成功发射的小卫星数量连续3年超过130颗。从小卫星占比看，2015年入轨小卫星数量占全球同期入轨航天器总数的63.14%，略高于2014年占比，并实现连续3年占比超过60%。这表明，作为世界航天活动的重要发展领域和新增长极，小卫星经历过去2年高速增长后，开始迈入平稳发展阶段。

2015年，2次搭载小卫星的运载火箭发射失败，累计损毁21颗小卫星，这是造成2015年小卫星发射数量回落的直接原因。6月28日，美国猎鹰－9 （Falcon－9）火箭发射“天鹅座”（Cygnus）货运飞船时爆炸，导致行星实验室公司（Planet Labs）鸽群－1f（Flock－1f）星座的8颗遥感小卫星发射失败；11月4日，美国作战响应空间－4（ORS－4）任务的“超级斯届比”（Super Strypi）火箭首飞失败，导致“爱迪生小卫星网演示”（EDSN）等13颗技术试验立方体卫星发射失败。随着小卫星“一箭多星”发射渐趋常态化，未来运载火箭发射失败将成为影响小卫星发射数量波动的重要因素。

近5年全球成功入轨小卫星统计

50kg以下微纳卫星发展极具活力

小卫星按质量可细分为3个范围，即小于50kg，50～300kg，300～500kg。对近5年成功入轨的小卫星按上述质量分类进行统计，可以得出如下结论：

1）50kg以下微纳卫星是数量最多的类型，是决定小卫星发射数量增减的主导因素，且发展极具活力。该类型小卫星主要由立方体卫星构成，受行星实验室公司“鸽群”星座以及大学、研究机构的技术试验立方体卫星驱动，50kg以下微纳卫星近3年年均发射数量达到113颗。

2）50～300kg小卫星是发射数量第二多的类型，主要包括美国“轨道通信”（Orbcomm）星座、俄罗斯“箭”（Strela）和“信使”（Gonets）星座。自2013年发射数量翻番后，该类型小卫星近3年发射数量保持不变，其中2015年共发射了11颗“轨道通信”小卫星。

3）300～500kg小卫星发射数量最少，近5年年均发射数量不足6颗。2015年发射的8颗该类型小卫星均为对地观测卫星，其中包括萨瑞卫星技术公司（SSTL）的3颗灾害监测星座－3（DMC－3）卫星。

近5年发射卫星按3个质量段统计

美国发射数量继续领先，中国发射数量跃居次席

从所属国家看，美国2015年成功发射93颗小卫星，相较2014年增长了3颗，发射总数继续稳居全球首位；中国成功发射28颗小卫星，是全球小卫星发射数量第二多的国家；俄罗斯小卫星发射数量小幅回落，相较2014年减少了3颗；日本和欧洲小卫星发射数量大幅回落。此外，印度尼西亚成功发射了本国研制的首颗卫星；新加坡小卫星发展也高度活跃，2015年共发射了6颗小卫星，其中包括新加坡首颗商用光学遥感卫星—完美－1（TeLEOS－1）卫星。

各国小卫星发射数量统计（单位：颗）

各航天公司延续较高关注力度，新兴商业公司继续涌现

各航天公司继续对小卫星保持较高关注力度

从研制商维度看，各航天公司延续对小卫星的较高关注力度，仍是全球小卫星主要研制力量。2015年，全球共有97颗小卫星由航天公司研制，占同期入轨小卫星总数的65%，与2014年占比保持一致。其中，新兴商业公司呈“井喷”态势，成为小卫星发展的主力军，包括美国天空盒子成像公司（Skybox Imaging）、行星实验室公司、黑天全球公司（BlackSky Global）、一网公司（OneWeb），加拿大地球直播公司（UrtheCast），俄罗斯达斡利亚宇航公司（Dauria Aerospace）等。这些新兴公司提出或正在构建超大规模小卫星星座，综合运用大数据、云计算等信息技术，在移动互联网时代，面向消费用户提供全球覆盖、近实时响应的定制化服务，其颠覆性的商业模式和卫星应用模式创新，已经对传统航天发展形成冲击。

业务型小卫星已成主流，对地观测占比保持不变

从应用领域看，对地观测、通信等业务型小卫星占比继续保持上升趋势。2015年，业务型小卫星占比达到61%，其中对地观测小卫星占比为47%，与2014年相比保持不变。2015年，全球共成功发射对地观测小卫星70颗，相较2014年略有回落，主要是美国行星实验室公司“鸽群”遥感星座补网力度有所减弱；通信小卫星21颗，相较2014年增加了3颗，主要得益于美国轨道通信公司（ORBCOMM）发射第二代低轨移动通信卫星，以及美国陆军发射新型的战术通信纳卫星星座—“空间与导弹防御司令部纳卫星计划”（SNaP）星座；科学与技术试验小卫星58颗。

业务型小卫星占比保持增长趋势

小卫星在保持业务应用领域不断扩展的同时，另一个重要趋势是应用领域不断细分，其中对地观测小卫星业务应用细分趋势尤为显著。2015年，对地观测小卫星在延续光学遥感星座快速发展的同时，开始涌现出新的应用类型，包括提供商业气象服务以及雷达成像服务等。美国斯派尔公司（Spire）提出构建由125颗立方体卫星组成的商业气象星座，并成功发射了该星座的前4颗卫星—“狐猴”（Lemur）；加拿大地球直播公司提出发展由16颗小卫星构成的遥感星座，该星座是全球首个光学与雷达双模成像机制星座，其中合成孔径雷达（SAR）采用L和S两种工作频段。此外，美国XpressSAR公司也提出发展由4颗小卫星构成的合成孔径雷达遥感星座，具备3种工作模式。其中，聚束成像模式分辨率优于1m，条带成像模式分辨率为2～3m，宽扫描成像模式分辨率为10～30m。

军用小卫星数量再次爆发，商业小卫星数量有所回落

2015年发射的小卫星资产属性分布

2015年，军用小卫星数量达到23颗，相较2014年增长了229%。军用小卫星继2013年暴涨至42颗、2014年回落至7颗后，2015年实现再次爆发，其主要原因是美国国家侦察局（NRO）和美国空军于2015年免费搭载发射了16颗军用立方体卫星。美国国家侦察局自2012年起为美国军用小卫星提供免费搭载发射机会，使得全球军用小卫星发射数量随美国国家侦察局发射密度变化而起伏。

另一方面，2015年全球共发射商用小卫星70颗，相较2014年减少了10颗，其主要原因是行星实验室公司“鸽群”星座发射数量大幅减少。但从整体看，商业小卫星占比变化幅度较小，且随着大量新兴公司规划的大规模星座相继发射入轨，未来商业小卫星发射数量将保持增势。2015年8月，纽约CB Insights公司发布的研究报告显示，2012年以来新兴航天公司累计融资21.6亿美元，其中17.5亿美元是在2015年上半年获得的。由此可见，商业小卫星仍将继续保持较高发展热度。

2 年度小卫星最新发展

2015年，小卫星发展态势依旧活跃。对地观测领域，以灾害监测星座－3为代表的新一代光学遥感成像卫星系统相继入轨，新兴商业遥感公司延续发展活力，同时商业对地观测市场细分趋势进一步显现，除天空盒子成像公司、行星实验室公司等光学遥感初创公司外，国外又涌现出斯派尔公司、地理光学公司（GeoOptics）等商业气象小卫星公司；在通信广播领域，低轨移动通信星座继续升级换代，宽带互联网接入星座成为新的发展热潮，超大规模星座项目相继涌现；在技术试验方面，小卫星继续发挥航天技术创新“桥头堡”作用，各类创新概念和技术层出不穷，推动航天前沿技术不断在轨飞行验证。

遥感卫星系统发展持续加速，新兴商业气象星座发射入轨

（1）美国商业遥感公司扩大在轨星座规模，开始发展数据应用业务

2015年，随着业务卫星逐步迈入稳定运行阶段，天空盒子成像公司、行星实验室公司等开始谋划后续卫星发射任务，聚焦扩大星座规模，推动地面数据处理和卫星应用业务，力图实现从“建星座”向“卖服务”的业务延伸。

行星实验室公司再获高额融资，将补充发射百余颗卫星，发展卫星应用能力。2015年1月20日，该公司获得9500万美元投资，使得其融资总额达到1.6亿美元，新获得的资金将用于“扩大运营，发展销售与市场营销，并提高产业和应用服务能力”。2015 年3月初，行星实验室公司透露，将在未来18个月内再次发射100颗以上的“鸽群”卫星进入低地球轨道（LEO）。2015年7月，行星实验室公司与加拿大黑桥地理空间公司（BlackBridge）达成最终收购协议，行星实验室公司将收购黑桥地理空间公司及其所拥有的“快眼”（RapidEye）星座。借助本次战略性收购，行星实验室公司获得了超过100家的分销商销售网络和遍及全球的用户群体，以及“快眼”星座获取的全球图像海量存档数据，进一步拓宽了其数据销售渠道和用户群体，扩展了数据产品类型，提高了数据服务能力。

美国行星实验室公司的“鸽群”星座3U立方体卫星

天空盒子成像公司也更新了其后续星座发射计划，并着手启动第二代星座规划事宜。2015年3月，该公司在参加2015全球卫星大会时宣布，由劳拉空间系统公司（SS/L）为其研制的12颗“天空卫星”（SkySat）将在未来2年内全部发射入轨，其中2016年7月、9月和2017年初分别发射4颗、6颗和2颗。随后，该公司高层宣布启动第二代“天空卫星”星座12颗卫星的研制工作，并已向谷歌公司（Google）高层汇报，以期获得相应的资金支持。

除行星实验室公司和天空盒子成像公司两家先行公司外，2015年美国多个初创公司也提出了新型遥感小卫星星座计划，继续繁荣全球商业遥感市场。例如，黑天全球公司提出60星星座，单星50kg，设计寿命3年，450km轨道高度的地面分辨率为1m，星座计划于2019年建设完毕，届时可在90min内获得全球95%区域的图像。天鹰航天公司（Aquila Space）与数字宇航公司（Astro Digital）两家硅谷公司准备2016年开始发射由30颗卫星组成的对地观测星座—“陆地制图”（Landmapper），该星座包括10颗广覆盖（BC）卫星（地面分辨率22m）和20颗高清晰（HD）卫星（地面分辨率2.5m）。

（2）美国对地观测小卫星应用逐步细分，新型商业气象星座发射入轨

在需求牵引和技术驱动下，美国对地观测小卫星能力不断提升，应用领域逐步细分，新型商业气象微纳卫星星座不断涌现，并迈入实质化建设阶段。并且，美国国家海洋与大气管理局（NOAA）将采购商业气象卫星数据作为其应对“诺阿”（NOAA）气象卫星数据断档的措施，这也提振了商业小卫星公司进军气象领域的信心。美国斯派尔公司、地理光学公司等均提出了商业气象卫星星座计划，面向美国政府和大众市场提供商业气象数据及相关服务。

斯派尔公司规划部署“狐猴”星座，计划提供全新的气象预报服务。2015年1月29日，该公司宣布构建由125颗3U立方体卫星构成的商业气象卫星星座，改善气象预报准确性。斯派尔公司计划从销售卫星气象数据起步，后续发展基于气象数据的增值服务。完成星座建设后，该公司会每隔6个月把该星座1/4的卫星替换升级，以确保采用更先进的空间技术。2015年9月28日，斯派尔公司“狐猴”星座首批4颗卫星成功发射入轨。该星座采用GPS无线电掩星测量的方式获得气象数据。由于采用3U立方体卫星构建星座，这使得其卫星比其他公司规划的商业气象卫星明显偏小。

美国斯派尔公司3U立方体卫星

地理光学公司推进“连续地球遥感观测一致性倡议”（CICERO）星座建设。该星座是该公司提出的商业气象小卫星星座项目，由24颗小卫星构成，采用无线电掩星测量的方式提供商业气象预报服务。该星座单星质量低于100kg，计划在地理光学公司完成融资的18个月后实现首次发射，一次发射6颗，分4次全部发射入轨。

（3）加拿大地球直播公司宣布构建全球首个双模式商业遥感星座

加拿大地球直播公司宣布构建全球首个双模式商业遥感星座，包括8颗多光谱成像卫星和8颗合成孔径雷达卫星，星座预计于2019－2020年间发射入轨，卫星分辨率最高达0.5m。该公司低轨星座的16颗卫星将分布在2个轨道面，每个轨道面由4个卫星对组成，每个卫星对包括1颗多光谱成像卫星和1颗合成孔径雷达卫星。这种轨道设计能保证星座同时满足全球覆盖和对中纬度地区高频率重访。其中，多光谱成像卫星具有视频和推扫成像2种工作模式，合成孔径雷达卫星具有S和L两种工作频段。多种技术体制混编构成星座，使得地球直播公司具有无以匹敌的卫星遥感能力，包括光学与合成孔径雷达数据融合、全天候成像等。同期，地球直播公司以7640万欧元的价格完成对西班牙德莫斯航天公司（Deimos Space）下属子公司—德莫斯成像公司（Deimos Imaging）的收购。地球直播公司通过此次收购，不仅拥有了德莫斯－1、2（Deimos－1、2）卫星的运营权，还获得了与此相关的卫星图像采集、存储、处理、分析、分发和销售许可能力，完善了地球直播公司在数据分布、Web平台开发以及自主卫星星座建设方面的战略布局。

（4）新加坡发射首颗商业遥感卫星，拉美地区最高分辨率卫星完成组装

在世界主流航天国家之外，其他国家或地区也借助小卫星不断增强自身对地观测能力。2015年，新加坡发射了本国首颗商业遥感卫星，拉美地区分辨率最高的遥感卫星秘鲁卫星－1（PeruSat－1）完成整星组装工作。

12月16日，新加坡首颗商业遥感成像卫星完美－1搭乘印度火箭成功发射进入高550km的LEO轨道。该卫星由新加坡技术工程有限公司（ST Engineering）制造，这也是新加坡本土制造的首颗商业卫星。卫星单星质量400kg，设计寿命5年，具有±45°侧摆能力，地面分辨率1m，幅宽12km。卫星运行在倾角10°～15°的近赤道轨道，平均重访周期为12～16h，具有多点成像、区域成像和条带成像3种工作模式。

12月15日，欧洲空客防务与航天公司（ADS）对外宣布完成秘鲁卫星－1组装工作，后续将进入整星测试阶段，并计划于2016年中期发射入轨。秘鲁卫星－1使用了新型的天体平台－S（AstroBus－S）敏捷型平台和碳化硅光学成像系统，卫星地面分辨率0.7m，设计寿命10年。该卫星是迄今为止拉美地区技术性能最先进的光学遥感卫星。

新加坡完美－1卫星成像模式

欧洲空客防务与航天公司为秘鲁研制的秘鲁卫星－1

商用低轨通信星座迎来新一轮发展热潮，军用通信纳卫星继续在轨演示验证

2015年，全球通信小卫星蓬勃发展，商业领域涌现出多个聚焦宽带互联网业务的星座计划，低轨通信星座迎来新一轮发展热潮；军事领域继续推进纳卫星能力在轨验证，不断发展面向战术应用的低成本、快速响应作战能力。

美国“第二代轨道通信”卫星在轨飞行示意图

美国轨道通信公司11颗“第二代轨道通信”（OG－2）卫星成功发射入轨，标志着该星座完成更新换代，开始向全球用户提供机器到机器（M2M）的通信服务和船只自动识别系统（AIS）服务。一网公司授出全球迄今最大商业卫星制造订单，低轨宽带互联网星座开启建设序幕。6月22日，一网公司与空客防务与航天公司签订卫星制造合同，双方协议组建一家合资企业建造900颗互联网广播卫星，该星座计划于2018年开始发射。为了满足一网公司超大规模星座的研制进度要求，空客防务与航天公司将扩大卫星制造的规模，从而实现每天4颗卫星的制造要求。

美国空间与导弹防御司令部纳卫星计划－3卫星结构图

受美国国防部“作战响应空间”（ORS）理念驱动，美国各军兵种相继启动多项面向战术应用的微纳卫星创新计划，其中以美国陆军的战术通信纳卫星项目发展最为突出。继“空间与导弹防御司令部-作战纳卫星效果”（SMDC-ONE）计划完成初始能力验证后，美国陆军于2015年10月发射了3颗“空间与导弹防御司令部-作战纳卫星效果”的升级版纳卫星——空间与导弹防御司令部纳卫星计划－3。该卫星是3U立方体卫星，单星成本50万美元，提供数据渗漏和超视距通信服务。其数据率是“空间与导弹防御司令部-作战纳卫星效果”的5倍，并增加了在轨推进能力，使得该卫星具备了保持星座构型的能力，能够更好地为美军战区提供应急通信服务。

此外，俄罗斯也发射了6颗低轨通信小卫星，分别是3颗军用箭－3M卫星和3颗民用“信使”卫星，继续维持其低轨存储转发星座能力。

“凤凰”计划关键技术开始在轨验证，“细胞卫星”成功实现首飞

2015年，美国国防高级研究计划局（DARPA）“凤凰”（Phoenix）计划开始由在轨维修向在轨制造任务扩展，并成功完成“细胞卫星”（Satlets）关键技术首次在轨飞行验证。

2 0 1 5年1 2月6日，美国诺瓦克斯公司（NovaWurks）研制的“细胞卫星初始任务验证与经验”（SIMPL）卫星成功发射入轨。该卫星又名“高度集成卫星”（HiSat），由6颗基本单元的“细胞卫星”拼接而成。“细胞卫星”是美国国防高级研究计划局“凤凰”计划的三大关键技术之一，单星质量约6kg，为20cm×20cm×10cm长方体构型，可提供电源、推进、导航、数据处理等航天器的基本功能。从理论上来说，“细胞卫星”搭配相应的载荷可构成任何类型的卫星。“细胞卫星初始任务验证与经验”卫星总质量约50kg，是“细胞卫星”首次在轨飞行验证，这标志着美国国防高级研究计划局“凤凰”计划关键技术已迈入实质性验证阶段。在此之前的4月，美国诺瓦克斯公司对外宣布，计划于2016年秋季完成名为有效载荷测试平台任务－2（Payload Test Bed Mission－2）的第二次“细胞卫星”发射任务，届时将由若干“细胞卫星”拼接并安装光学或通信载荷，载荷安装完成后，质量将达到100～150kg。随着“细胞卫星”不断在轨飞行验证，这种基于标准功能模块的航天器在轨组装与制造技术将成为未来航天发展的新范式。

3 结束语

在全球信息化浪潮持续加速和新一轮产业变革喷薄欲发的背景驱动下，公众对卫星应用服务的需求不断增长。在此态势下，航天产业与信息技术交织共融，政府预算与风投资本双频共振，大量互联网企业在“长尾理论”驱动下纷纷进军航天，使得全球掀起一股“新航天经济”发展浪潮，推动了全球小卫星市场的繁荣。当前，小卫星已成为全新发展前沿，其技术理念和商业模式更加强调开放和创新。随着新兴小卫星星座逐步组网运行，将对全球航天发展和卫星应用模式带来更多影响，值得业界持续关注和瞩目期待。