2017年全球小卫星发展回顾

2018-03-03何慧东付郁北京空间科技信息研究所

国际太空 2018年2期

何慧东付郁（北京空间科技信息研究所）

近年来，随着空间技术的不断发展，小卫星因制造和发射成本低、技术更新快、便于规模化制造和部署等特点，得到快速发展，应用领域愈加广泛，新型市场不断涌现，已成为“新航天”运动的重要组成部分。根据联合市场研究公司（AMR）2017年《小卫星市场报告》预测，到2022年全球500kg以下小卫星市场将达71.79亿美元，2016-2022年的复合年均增长率达19.8%。

1 2017年全球小卫星发射情况

2017年，全球共发射500kg以下的小卫星3 1 0颗，占同期入轨航天器总数的7 0.5%。其中，0～10kg卫星276颗，10～50kg卫星17颗，50～100kg卫星4颗，100～500kg卫星13颗。从卫星发射数量上看，继2015年和2016年连续2年回落后，2017年小卫星发射数量翻倍增长，处于历史最高发射水平。美国行星公司（Planet）2017年通过3次发射部署了140颗“鸽群”（Flock）立方体卫星，贡献了10kg以下卫星数量的过半，小卫星已成为航天产业中的重要组成部分。

从卫星所属国家看，美国共成功发射了221颗小卫星，占总数的71.3%，位居首位，较2016年的66颗增长234.8%。欧洲、中国、俄罗斯、日本和印度分别发射29颗、16颗、10颗、4颗和3颗，欧洲和俄罗斯小卫星数量较2016年有所增长，中、日、印小卫星数量较2016年有所回落。其他国家和地区共发射27颗小卫星，较2016年增长92.9%，是2017年的一大亮点，其中10kg以下的纳卫星共26颗。立方体卫星大大降低了航天的准入门槛，参与主体日益增多。

近5年全球成功入轨小卫星数量

2017年各国成功发射小卫星数量

2017年各应用领域小卫星数量

从小卫星应用领域看，对地观测卫星继续保持主导地位，2017年共发射208颗小卫星，占比67.1%。通信卫星4颗，而2016年仅1颗，未来有望实现更大规模应用，发射数量进一步增长。技术试验卫星从2016年的40颗大幅增长至2017年的93颗。空间科学卫星为5颗。

从小卫星资产属性分布看，2017年发射的军用、民用、商用小卫星分别为10颗、92颗和208颗，分别占比3%、30%和67%，数量和占比较2016年出现重大变化。军用小卫星数量与2016年总体持平，民用卫星数量增长80.4%，商业卫星数量增长252.5%。小卫星业务应用能力提升，商业卫星已经成为小卫星的主流。

2017年小卫星资产属性分布

2 2017年小卫星领域重要进展

低轨移动通信星座建设加速，lOT/M2M应用火热

近年来，国外低轨通信卫星星座领域发展如火如荼，目前提出的星座计划已超过30个，且仍在逐年快速增加，吸引大规模产业内外融资，系统建设稳步开展，且在卫星批量研制、快速部署、应用服务等方面显示出诸多具备颠覆性的特点与趋势，将极大革新、甚至重塑卫星通信行业的整体格局，对各航天大国来说存在巨大机遇与风险。

“一网”（OneWeb）卫星系统进展顺利。美国联邦通信委员会（FCC）于2017年6月22日投票批准OneWeb星座进入美国市场，一网公司（ONEWEB）将通过720颗低地球轨道（LEO）卫星为美国提供Ku和Ka频段宽带互联网服务。在卫星研制方面，一网公司与空客防务与航天公司（ADS）达成合作意向，在图卢兹卫星工厂建设了首条批量生产线，将生产10颗OneWeb卫星，验证批量生产技术，并计划2018年年初，将美国佛罗里达州新建的卫星工厂投入使用，生产其余卫星。目前，图卢兹卫星工厂研制已完成相关卫星部件生产。

美国开普勒通信公司（Kepler）正在发展全球立方体卫星星座，通过建立“太空中的基站信号塔”，提供窄带通信服务，实现地面及空间中所有物体的互联。Kepler公司向联邦通信委员会提交了申请材料，计划在LEO轨道部署140颗Ku频段纳卫星，为天基资产构建空间通信网络。目前，Kepler公司从苏格兰小卫星制造商克莱德航天公司（Clyde Space）订购了2颗演示验证卫星，计划1年内发射入轨，并于2022年前完成星座的部署。

阿联酋瑟拉亚电信公司（Thuraya）与瑞士宇宙广播公司（Astrocast）于2017年4月签署备忘录，扩展了各自的产品和服务类型，扩大市场进入通道。瑞士宇宙投射公司正在构建“宇宙广播”（Astrocast）低轨小卫星星座，可以为全球化企业提供成本较低的物联网（IoT）和机器对机器（M2M）服务，此项计划也得到欧洲航天局（ESA）“通信系统预先研究”（ARTES）计划的支持。该星座由64颗小卫星组成，首颗技术演示卫星计划于2018年发射，并计划在2021年完成星座组网，提供远程监测、定位服务、预防性维护保养和智能数据采集等服务。

“宇宙广播”低轨小卫星星座

对地观测能力持续提升，产业格局大幅调整

（1）对地观测产业格局剧烈演变，通过并购提升能力

2017年，对地观测领域发生了多起重要的企业并购，展示了对地观测产业的整合和演变，引发了外界的广泛关注。现阶段，对地观测产业一方面快速发展，既有星座加速部署，新型小卫星星座继续涌现；另一方面逐步开始整合，通过并购稳固自身市场地位。

2017年2月3日，美国行星公司收购谷歌公司（Google）旗下的特拉贝拉公司（Terra Bella）的业务，包括7颗“天空卫星”（SkySat）组成的卫星星座，实现互补的天基对地观测能力。谷歌公司也将与行星公司签署一份为期多年的图像数据采购合同。这次的收购费少于2014年谷歌公司收购天空盒子成像公司（Skybox Imaging）花费的5亿美元，但多于3亿美元。

2017年2月24日，加拿大麦德公司（MDA）宣布收购美国数字地球公司（DigitalGlobe），并于10月完成这笔交易，合并后的公司更名为麦克萨技术公司（Maxar Technologies）。数字地球公司在全球卫星遥感市场排行第一，麦德公司排行第三，此次收购行为将重塑全球卫星遥感产业市场格局。

2017年4月26日，美国遥感数据分析公司鹰视技术公司（EagleView）宣布收购美国欧姆尼地球公司（OmniEarth），双方期望通过此次收购实现图像获取和数据分析能力的互补。

（2）小卫星业务能力增强，时间和空间分辨率持续提升

美国行星公司2017年共通过3次发射任务，将140颗“鸽群”卫星送入太阳同步轨道（SSO）。此前，行星公司的大部分卫星发射到“国际空间站”进行释放，全球覆盖能力不足。随着大批卫星部署到太阳同步轨道，该公司具备每天对全球覆盖1次的能力，快速获取全球最新图像。此外，2017年10月，“米诺陶”（Minotaur）运载火箭将行星公司的6颗SkySat卫星发射入轨，进一步提升该公司的图像获取能力，实现高分辨率成像能力翻倍，能够1天内对特定地点多次重访，向用户提供更多信息，辅助用户决策。SkySat卫星质量约100kg，尺寸为60cm×60cm×95cm，可获取亚米级彩色图像，拍摄时长90s、30帧/s的视频。

美国宇航数据公司（Astro Digital）分2次共发射了4颗“乌鸦座-广覆盖”（Corvus-BC）卫星，其中2颗发射失败。该公司的目标是要建设一个由多种遥感器组成的星座，计划先发射10颗立方体卫星，提供中分辨率成像能力，对全球提供每日覆盖。之后将发射20颗具有能够提供更高分辨率图像的较大型卫星，利用中分辨率卫星识别出特点成像区域，由高分辨率卫星进行成像，这两批卫星将共同工作。

2017年8月，美国陆军鹰眼-2M（Kestrel Eye-2M）侦察微卫星搭乘“龙”（Dragon）飞船运抵“国际空间站”。美国陆军将利用该卫星验证联合作战能力，卫星通过数据中继网络直接向作战部队提供卫星图像，实现近实时的天基战术级情报和态势感知，使任务-指挥决策同步实施，“防止敌方战术奇袭”，并“在作战班（Squad）层面实现信息压制”，地面指挥官能够更有效地获得卫星情报，获得快速响应能力。

（3）雷达、视频成像能力增强，细分领域深入发展

萨瑞卫星技术公司（SSTL）加快雷达成像卫星建设步伐，新型合成孔径雷达卫星-S（NovaSARS）计划2018年发射，计划运行在580km轨道，卫星采用SSTL-300卫星平台，质量430kg，并搭载空客防务与航天公司研制的创新型S频段SAR载荷，具有4种成像模式：扫描模式幅宽100km，分辨率20m；海事模式幅宽大于400km，穿轨方向分辨率6m，沿轨方向分辨率13.7m；条带模式幅宽15～20km，分辨率6m；宽幅扫描模式幅宽140km，分辨率30m。

此外，萨瑞卫星技术公司还为地球成像公司（Earth-i）建设欧洲首个视频和高分辨率成像商业卫星星座。目前，萨瑞卫星技术公司已完成地球成像公司对地观测星座的第二颗原型卫星EiX2的制造，计划2018年发射，同时计划2019年发射5颗卫星至500km极轨，提供全彩视频能力。

2017年，英国SRT海事系统公司宣布将建设“海洋-扫描”（Ocean-Scan）海事监控星座，提供增强的全球船舶检测和跟踪服务。“海洋-扫描”系统最初由6颗低轨卫星组成，运行在赤道轨道和极轨道上，系统采用了SRT海事系统公司自主研发的“卫星跟踪”（SAT-Trak）船舶收发器，利用包括自动识别系统（AIS）在内的一系列传感器技术提供全球海洋覆盖，并在赤道和边境等海域感知市场广大的地区进行覆盖增强。预计“海洋-扫描”星座将在2019年完全投入运行，后续还将扩大星座规模。

小卫星成为空间科学活动的独特平台

2017年4月18日，28颗QB50卫星搭乘美国宇宙神-5（Atlas-5）运载火箭发射，由“天鹅座”（Cygnus）货运飞船运抵“国际空间站”后，陆续用立方体卫星部署装置释放入轨。6月23日，QB50项目第2批8颗卫星成功搭乘印度极轨卫星运载火箭-XL（PSLV-XL）进入太阳同步轨道，正式完成规划的QB50科学卫星部署。QB50项目开展迄今最大规模的地球大气低热层多点原位探测，同时验证“阻力帆”（Dragsail）离轨技术。该项目由欧盟于2011年主导发起，由国际上15家机构合作领导项目实施，来自23个国家的40余所大学、研究机构和公司参与了卫星研制工作，成为航天国际合作的新典范。

2017年，蓝色峡谷技术公司（BCT）与美国国家航空航天局（NASA）开展合作，研制“降水结构和风暴强度高时间分辨率观测小卫星星座”（TROPICS），建造7颗相同的3U立方体卫星，计划于2018年第四季度交付1颗验证星，2019年第一季度交付6颗业务星。星座运行在3个低地球轨道平面内，利用高性能辐射计对热带地区降水、温度和湿度信息提供首次高重访微波观测，以中尺度或大尺度对整个风暴生命周期内的对流层热动力学和风暴系统降水结构进行观测，评估其对风暴轨迹和强度的影响，研究热带风暴模式剧烈变化的原因。

态势感知项目相继提出，碎片移除技术开展验证

蓝色峡谷技术公司于2017年获得美国空军研究实验室（AFRL）授予的2项地球静止轨道（GEO）任务合同，为空军提供小卫星平台。第一项合同中，蓝色峡谷技术公司将参与“空间态势感知任务”（S5），评估利用低成本星座开展地球静止轨道空间编目常态化高频率更新任务的可行性和经济性；第二项合同中，蓝色峡谷技术公司将参与“攀登”（ASCENT）任务，演示立方体卫星在地球静止轨道上的各类操作。

2017年8月，澳大利亚创新技术公司（Inovor Technologies）提出了一个新的轨道碎片监测方案，利用光学传感器从低地球轨道跟踪地球静止轨道的太空垃圾。相较地基雷达和光学系统，天基系统不受天气和环境的限制，利用光学小卫星为地球同步轨道提供空间态势感知（SSA）服务是目前最为可行的方案。

萨瑞卫星技术公司已将“空间碎片移除”（RemoveDEBRIS）任务卫星运抵佛罗里达州肯尼迪航天中心，计划搭乘“龙”飞船前往“国际空间站”。“空间碎片移除”任务是一项“主动碎片清除”（ADR）演示验证任务，开展4项主动移除空间碎片演示试验，包括“捕获网”（Net）和“标枪”（Harpoon）两项捕获技术，以及视觉导航技术和“阻力帆”减速技术。

RemoveDEBRlS卫星有效载荷

2017年5月，加拿大先进航天试验纳卫星-7（CanX-7）成功展开了4面“阻力帆”，每一面“阻力帆”面积约1m2。“阻力帆”通过降低弹道系数和增加大气阻力，可以加速卫星轨道衰减。“阻力帆”离轨试验取得成功，实际测得数据与理论数据吻合。

欧洲航天局为戈麦克斯-4B（GomX-4B）6U立方体卫星研制了微型推力器，使其成为首颗能够自行在太空中移动的纳卫星。GomX-4B卫星将对GomX-4A卫星进行绕飞，测试两者间的无线电通信能力。GomX-4A、4B两颗卫星计划于2018年利用中国的运载火箭发射入轨。

上下游产业关键技术实现创新，商业模式发生深刻变化

2017年，小卫星搭载发射和专用发射均取得重要进展，搭载发射日益普遍，专用发射尽管受到一定挫折，但前景广受看好。小卫星发射组织方面同样实现创新。印度空间研究组织（ISRO）与荷兰航天创新解决方案公司（ISIS）开展合作，通过专业发射代理服务商获取国际小卫星客户，充分利用运载火箭的发射余量。荷兰航天创新解决方案公司协调发射服务提供商与客户双方的需求，根据运载火箭的发射计划以及用户提出的轨道和发射时间需求，协调商业搭载发射任务，印度已经通过这种组织模式进行了多次商业发射。

2017年，新型小卫星平台不断涌现。洛马公司（LM）利用5年时间、耗资3亿美元，完成对此前研制卫星的整合，推出了新的卫星平台型谱，首次实现了所有卫星平台共享通用化组件。卢森堡空间公司（LuxSpace）2017年9月与欧洲航天局签署协议，为欧洲航天局研制一种全新低成本多用途微卫星平台—特里同-X（Triton-X）。

小卫星软件成为发展热点，轨道逻辑公司（Orbit Logic）2017年6月发布新版“采集规划和分析工作站”（CPAW）软件，开展卫星运行、分析或图像订购服务，应用于对地观测和空间态势感知等场景。英国赛西斯公司（SCISYS）获得了空天全球公司（SAS）的合同，为空天全球公司的“珍珠”（Pearls）纳卫星星座提供卫星网络管理仿真器。库伯斯公司（Kubos）2017年7月发布KubOS 1.0开源软件，该软件是首款完整的端到端小卫星解决方案操作软件，有望成为行业默认的操作系统。

批量化生产技术逐步推广，泰雷兹-阿莱尼亚航天公司（TAS）在比利时哈塞尔特建设了一个新的工厂，专门自动化生产光电部件（PVA）。一网公司在欧洲和美国设立批量化生产线，充分利用协作机器人、智能装配工具、自动光学检测系统、大数据控制系统、自动精准耦合系统、自动导轨传送机器人、自动加热分配系统、增强现实工具，以及自动测试系统等数字化、智能化手段，加速总装、集成和测试（AIT）流程，实现大规模生产。

商业模式成为限制小卫星产业发展的重要因素，模式创新成为促进卫星制造和运营业务的重要途径。萨瑞卫星技术公司在创新商业模式上做了长期探索，在卫星运营权销售和共享方面取得显著成绩。在创新策略下，用户购买一颗卫星即可获得整个星座的访问许可，新加入用户可与整个星座的现有用户共享权益。这类模式逐步被航天企业接受，多家公司采取了类似的策略。加拿大地球直播公司（UrtheCast）2017年与3个匿名用户开展“光学合成孔径雷达”（OptiSAR）星座合作，用户有意购买SAR卫星，并共享整个OptiSAR星座的运营权。