超低轨道卫星技术发展与展望

袁春柱 张强 傅丹膺 赵志明 张永强 张永贺

陆文高1 姚远1 李瀛搏1

(1 航天东方红卫星有限公司，北京 100094)

(2 北京跟踪与通信技术研究所，北京 100094)

超低轨道卫星一般是指运行在轨道高度300 km以下150 km以上的卫星[1-2]，在此轨道部署卫星，可大幅缩短载荷与地面的作用距离，从而提升载荷工作效能，降低卫星研制和发射成本。例如对于可见光载荷，由于与地球表面的距离相对短，获取相同分辨率图像相机的焦距与口径也基本按比例缩小。对于微波遥感载荷也类似，功率孔径积随轨道高度的降低而大幅减小，可有效降低合成孔径雷达(SAR)等天线的功率和电口径。目前，美国、日本、欧洲等国家和地区分别开展了超低轨卫星研究，美国提出了“魔鬼鱼”计划，用于高分观测；日本也于2017年发射超低轨测试卫星，获得了高分遥感图像和超低轨大气数据，据报道日本后续将开展超低轨光学微波综合遥感星座建设；欧洲航天局于2009年发射了重力场与稳态洋流探测器，并获取了高精度的重力场测量数据。我国也开展了超低轨卫星的研究，但尚未开展在轨试验。

超低轨卫星在光学、微波、地球物理场、电离层等方面具有明显应用优势，但是长期以来超低轨卫星并没有发展起来，主要原因是随着轨道降低，大气密度急剧增大[3]，轨道环境受大气层影响越发明显，大气阻力摄动、高浓度原子氧环境对卫星影响突出[4]，超低轨卫星的稳定运行极为困难。本文在调研国外超低轨卫星的基础上，梳理了超低轨卫星面临的气动低阻构型设计、电推进技术、超低轨道控制技术、原子氧防护技术等关键技术。

1 国外超低轨卫星发展

从超低轨卫星发展历程看，超低轨卫星发展主要有3个阶段。

第一阶段是20世纪60—90年代初发展的返回式卫星，利用超低轨道距离地面较近的优势，相对容易以较小规模光学相机实现较高的图像分辨率。但受当时推进、电子、能源等技术的限制，难以克服大气阻力，这类卫星一般不进行长期的轨道维持，在轨寿命从几天到几十天不等。例如以美国锁眼系列早期卫星锁眼-9(KH-9)为例，1971年6月发射的第一颗KH-9卫星，携带了4个返回舱，平均轨道为166 km×269 km，寿命52天[5]，我国1975发射的返回式遥感卫星，近地点175～210 km，远地点320～400 km。

第二个阶段是利用超低轨道进行高分成像的大型数据传输型卫星，这类卫星一般采用化学推进进行轨道维持，可以实现长期在轨运行，携带大量的化学推进剂，卫星规模一般较大，成本也较高。例如美国锁眼系列后期卫星，一般运行在椭圆轨道，利用近地点在超低轨道的优势，获取高分图像，以锁眼-12(KH-12)为例(见表1)，采用太阳同步椭圆轨道，近地点在300 km以下，最高可以实现0.1 m分辨率，卫星的设计寿命5～8年，卫星质量达到14～18 t[6]，携带化学燃料达到7 t以上，卫星成本10多亿美元。

表1 锁眼-12系列卫星参数

第三阶段是21世纪以来，随着电推进技术的长足发展，卫星利用电推进技术进行轨道维持实现了超低轨道的长期运行，利用电推进的高比冲特点卫星携带燃料大幅下降，卫星规模也相应大幅下降。到目前为止，已成功的案例有欧洲航天局的重力场与稳态洋流探测器(GOCE)，运行在242～260 km高度，卫星总质量1200 kg，携带40 kg的轨道维持氙气燃料，在轨寿命约55个月，实现了1毫伽大范围地球重力场高精度测量[7-8]，以及日本的超低轨测试卫星(SLATS)，在300 km以下运行约6个月，卫星总质量400 kg，携带12 kg的轨道维持氙气燃料，最低轨道维持高度为180 km，利用20 kg小型化相机实现了高分辨率，在155.5 km处分辨率达到0.47 m[9-10]。除此之外，英、美两国也开展了超低轨道卫星应用研究。

1.1 欧洲航天局GOCE

欧洲航天局于2009年3月17日发射GOCE，用于重力场反演，总质量1200 kg，重力场测量精度80 km×80 km(1毫伽)。GOCE的使命轨道为晨昏轨道、倾角为97°、降交点地方时为6:00AM的太阳同步轨道，以获取最大太阳能输入，设计寿命20个月，实际飞行55个月，2013年11月11日离轨(见图1)。

图1 GOCE飞行示意图

GOCE轨道飞行剖面如图2所示，发射高度为283.5 km的安全轨道，在大气阻力的作用下轨道衰减，自由降落到259.5 km的工作轨道高度，在此轨道GOCE进入无拖曳飞行模式，用离子电推进平衡在轨所受阻力，因此可认为卫星所受阻力与离子电推进提供的推力大小相等。

图2 GOCE轨道飞行剖面

GOCE利用超低轨道可感应到较强的重力场信号，观测量的特性可有效补充重力场信号因高度上升而产生的衰减，并利用电推进等设备实现无拖曳控制，有效补偿非引力效果。GOCE获取重力梯度数据以1×10-5～2×10-5ms-2的精度恢复全球重力异常，大地水准面(海水静止时形成的等位面)的精度达到厘米级，重力场谐波至200阶(见图3)。

图3 GOCE获取的大地水准面及重力异常模型

1.2 日本超低轨道技术试验卫星

超低轨道技术试验卫星(SLATS)是日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)的小型技术验证卫星，轨道高度167.4～250 km。2017年12月23日发射，其主要目的是验证利用离子电推进实施轨道控制的可行性，同时验证轨道降低对成像分辨率提升的影响。该卫星别名Tsubame，在日语中意为燕子。SLATS飞行示意如图4所示。

SLATS轨道飞行剖面如图5所示，2019年3月18日，SLATS处于远地点279.5 km/近地点276 km高度的轨道上，完成轨道转移，开始进入由离子电推进的轨道维持阶段，然后逐次降低轨道，探索离子电推进的轨道维持能力边界。

图5 SLATS卫星轨道飞行剖面

用SLATS的两行轨道数据(TLE)反应出的实际轨道高度衰减及维持情况，轨道维持共分5个阶段，分别约为271.5 km，250 km，240 km，230 km和220 km，每个高度都持续一段时间，SLATS最终轨道维持高度大约180 km，于2019年9月30日进入坠落阶段，SLATS实测轨道数据如图6所示。

图6 SLATS实测轨道数据

SLATS主要载荷包括原子氧流量探测器、材料退化监视器、商业小型光学相机。

(1)原子氧流量探测器：用于探测原子氧对卫星产生的效应，其核心部件是8台热电石英晶体微量天平，石英天平分别安装在SLATS的结构体外部和内部，原子氧的密度可以通过聚酰亚胺薄膜的质量损耗数据反演获得。

(2)材料退化监视器：包含材料样品和光学相机，样品包括常规的卫星表面材料和下一代抗原子氧材料等，被安置在卫星结构下表面，光学相机用于拍摄样品照片，研究在原子氧作用下材料的退化机制。

(3)小型光学相机：用于监视地球表面并验证在空间分辨率方面的优势，由于相机的空间分辨率正比于轨道高度，在卫星的轨道降低过程中检验空间分辨率提高的效果，卫星携带20 kg，0.2 m口径相机，在155.5 km处获得了0.47 m的分辨率，可以清晰的看到人行道上的白线，如图7所示。

图7 SLATS成像效果

1.3 美国超低轨道卫星方案

美国超级地球观测者公司获得空军研发合同，支持研发超低轨道应用卫星，代号“魔鬼鱼”。此卫星为光学成像卫星，质量约360 kg，长2.4 m，卫星运行在250 km轨道。卫星构型如图8所示，这种形状有助于减少超低轨道的空气阻力。超级地球观测者公司计划发射30颗卫星，在超低轨道完成卫星组网，为军队、政府和民间用户提供高度准确、及时的卫星图像。“魔鬼鱼”的优势之一是超低轨道运行，能够以相当低的价格在太空组成星座。美国太空与导弹系统中心空军研究实验室看好该项目的另外一个优势在于，“魔鬼鱼”可以向美国空军、陆军提供近乎实时的卫星图像，可以在几分钟之内将卫星成像传输给地面站或移动用户。一方面，超低轨道缩短了传输延时，另一方面，该公司计划在卫星成像后使用边缘计算方法，把处理好的成像数据直接传输给军地用户。

图8 美国“魔鬼鱼”卫星外形

美国丹佛航天创企反照率公司(Albedo)打算建设一个24颗卫星的星座，卫星设计约冰箱大小，实现可见光地面像元10 cm、红外2 m的高分辨率成像，卫星配置电推进，并通过在轨燃料补加实现卫星长期运行，预计发射后约两年对其第一代卫星进行燃料补加。该公司创始人哈达德称，公司2024年开始发射卫星并在2027年建成24颗星星座。

2 超低轨卫星关键技术分析

根据日本发布的大气密度随轨道高度变化曲线(见图9)可以看出， SLATS飞行的268 km处大气密度约为1.0×10-10kg/m3，而600 km处的大气密度大约是1.0×10-13kg/m3，268 km的超低轨道卫星面临的大气密度是600多千米轨道高度卫星的1000倍左右。

图9 大气密度随轨道高度变化曲线

为了克服超低轨道的大气环境，实现超低轨卫星的稳定运行，需要研究气动低阻构型设计、阻力计算及维轨能力设计、电推进技术、轨道控制策略、原子氧防护技术等关键技术。

2.1 气动低阻构型设计

卫星低阻力构型是确保卫星在超低轨道长期飞行的有效技术途径。200多千米高度上的大气密度是700 km高度的约千倍，大气对卫星产生的阻力已严重影响卫星的轨道维持，所以设计低阻力卫星构型是一个有效的应对策略。超低轨道卫星构型设计的主要目标之一是实现最小迎风面积，达到卫星受阻力影响最小化的目的。美国和俄罗斯的早期超低轨道卫星没有采用低阻力构型和电推进系统，为克服稀薄大气产生的影响，依赖的是携带大量的化学推进剂，因此，这些卫星只能采用更容易维轨的椭圆轨道，或者是实施短期飞行，大部分时间内丧失了利用超低轨道优势的机会。GOCE和SLATS均采用了最小迎风面的构型设计和离子电推进系统，以适应全轨道的超低轨道飞行，所以超低轨卫星一般应设计为细长体构型。

GOCE构型如图10所示，采用细长型的八棱柱结构减少大气阻力，长度约4.8 m，横截面面积约0.935 m2，长细比(长度比上截面积)约为5.13。采用上下两个对称的固定太阳翼和两个水平平衡尾翼，克服干扰力矩。

图10 GOCE外形尺寸

SLATS构型如图11所示，采用细长型的四棱柱结构，长约2.5 m(X方向)，宽约0.66 m(Y方向)、高约0.54 m(Z方向)，横截面面积约0.36 m2，长细比约为6.9。±Y方向分别安置太阳翼，太阳翼方向略带向下(+Z方向)倾角实现气动干扰力矩平衡。

图11 SLATS外形尺寸

2.2 阻力计算及维轨能力分析

实现超低轨卫星轨道维持的前提条件是阻力计算，在150～300 km的超低轨道大气密度已经非常稀薄，当大气密度降低到气体分子平均自由程与飞行器的特征尺寸相比不为小量时，此时通常的空气动力学方法已不再适用，就必须用稀薄气体动力学的相关知识进行分析研究。

按照钱学森空气动力学理论，根据稀薄程度将稀薄气体流动划分为四大领域，即连续领域、滑流领域、过渡领域和自由分子流领域。根据GOCE和SLATS的构型尺寸，卫星飞行姿态下实际设计最长尺寸约为5 m，150 km以上分子平均自由程已达50 m以上，即150 km以上的空间属于自由分子流区，在自由分子流区，分子运动的平均自由程与卫星特征尺寸相比要大得多，气体密度极低，气体分子与卫星表面碰撞后运动很远才会与其他分子碰撞，分子运动完全处于自由状态，因此，认为气体流动完全不受卫星存在的影响，其附近不存在气体的整体运动，不存在流场，也不形成激波，卫星的气动特性和气动加热完全由单个气体分子与卫星表面碰撞而确定，分子对卫星的气动加热效应可以忽略。计算自由分子流区的飞行器气动阻力方法一般采用Boltzmann方程的计算法和直接模拟蒙特卡罗(DSMC)计算方法[11]，基于Boltzmann方程阻力计算方法在阻力参数分析中可以根据数学解析的方法明确相关参数量影响量，从而有利于确定卫星低阻构型的设计原则。但是Boltzmann方程只考虑了两体的碰撞问题，忽略了三体及三体以上的碰撞问题，所以Boltzmann方程阻力计算结果存在一定的偏差，随着计算机计算能力的提升，直接模拟DSMC方法得到了广泛应用。

GOCE在超低轨道上无拖曳飞行期间获取了离子电推进的推力大小，如图12所示，GOCE在259.5 km高度轨道上无拖曳飞行期间离子电推进的推力(包括瞬时推力和平均推力)情况，推力的变化是响应太阳活动和地磁活动变化导致大气密度的变化带来的，在259.5 km的轨道上无拖曳飞行时，GOCE阻力大小在3.7 mN上下波动，波动范围约为1～6 mN，波动的原因是太阳活动和地磁活动的变化导致大气密度和阻力变化引起的。

图12 GOCE无拖曳飞行推力值

GOCE由于太阳活动情况低于预期，在259.5 km的使命轨道飞行近3年之后，为了进一步提高探测数据的质量，进行了降轨。考虑到GOCE在轨的安全性可靠性问题以及对大气密度预测存在的误差问题，分成了4个阶段进行降轨，降轨过程中高度与推力平均值如图13所示。第一次降轨从2012年8月开始进行，高度从259.6 km降低至251 km；第二次降轨从2012年11月开始进行，高度从251 km降低至244.6 km；第三次降轨从2013年2月开始进行，高度从244.6 km降低至239.6 km；第四次降轨从2013年5月开始进行，高度从239.6 km降低至229 km，在229 km高度的轨道上运行至燃料耗尽。

图13 GOCE卫星降轨过程中高度与推力平均值

GOCE的成功飞行证明了超低轨长寿命飞行的可行性，及高精度重力场探测和无拖曳飞行的可实现性。从图13可以看出，随着时间的不同，GOCE在同一轨道高度上，不同太阳活动和地磁活动下，阻力的变化也较大。为了保证GOCE的无拖曳运行，需要电推进系统具备宽范围高精度的推力调节能力。

为了实现GOCE在超低轨道的稳定运行，平均每圈电推进提供的推力总冲应大于等于飞行阻力产生的总冲。例如，按照GOCE在259.5 km飞行阻力计算，需要电推进单圈总冲大约等于486 N·s的能力，同时需保证维轨期间的能源需求。

2.3 电推进技术

高性能的电推进技术是超低轨长寿命飞行的基础。超低轨卫星在诸多方面具有明显优势，但是长期以来超低轨卫星并没有发展起来，主要原因是电推进技术尚不成熟。卫星要在超低轨道长期运行，必须具有轨道维持能力，提供源源不断的冲量，这就需要推进系统具有“大总冲、长寿命”的特点。这两个特点要求卫星低阻力飞行，飞行器要小型化，推进效率要高，也即比冲高。传统化学推进推力大比冲小，燃料消耗大、卫星规模大，卫星规模大又导致飞行阻力大，使卫星难以小型化、长寿命。电推进系统推力小比冲高，燃料消耗小，可支持卫星的小型化发展，同时电推进系统推力受流量、电场、磁场等参数控制，可以实现推力的调节，能够支持卫星无拖曳飞行，从而满足重力测量等特殊应用场景[12-14]。

已经过在轨验证的相对成熟的离子电推力器和霍尔电推力器比较[15]，离子电推力器工作寿命较长，比冲较高，但其推功比较小；霍尔电推力器推功比较大，但寿命较短，比冲较低。两种推力器各有特点，可适用于不同的任务需求。所以在明确任务需求的前提下，综合权衡电推进系统的“总冲、比冲、推力范围、功耗、干湿比、推力分辨率、推力调节范围”等参数，以适应卫星在“飞行寿命、飞行高度、飞行精度、整星质量、整星功耗、整星规模”等方面的综合需求。

离子电推力器可以通过流量、电场、磁场等参数的调节实现推力的实时连续调节，适用于无拖曳控制。例如GOCE采用超高精度变推力离子电推进(可提供微牛级推力分辨率精确可调)，实时补偿卫星轨道上地球大气造成的阻力。既可维持轨道高度，又可将星体的非保守加速度控制在10-12ms-2以下。离子电推进根据重力梯度仪的测量数值进行反馈控制。如图14所示，为了提高任务的可靠性，2台氙离子推力器轮换工作，每台推力器单次工作时间不少于8天，离子电推进的主要性能特征为比冲高，可达3000 s以上，推力调节范围1～20 mN，相对化学推进，可大量减少推进剂携带量。GOCE采用的离子推力器栅极口径为10 cm。考虑了其对推力器宽推力范围和长寿命的要求，对栅极进行了优化设计，加速栅选用石墨材料。空心阴极为3 mm钡钨阴极，磁场结构为发散场[16]。在设计中采用了螺线管电磁铁产生磁场，使得在整个要求的推力范围内进行有效和准确的工作参数调节。SLATS也是使用离子推力器，但是推力变化范围相对小，为11.5～17 mN。

图14 GOCE卫星的电推进系统

从概念上讲，吸气式无质损电推进是最适宜超低轨道卫星维轨需求，吸气式电推进技术以太阳能电池提供能源，利用超低轨道环境中稀薄的氮气和氧气作为工质来源，将其进行吸入、压缩、存储、电离、加速喷出等过程产生推力[17-18]，作为超低轨道卫星轨道维持的动力，使卫星无需携带工质既可在产生推力，是一项极具发展前景的航天动力前沿技术。

在世界范围内，意大利航天公司SITAEL首次试验验证了其研制的吸气式电推进系统的功能。验证项目主要包括被动式气体收集增压技术、气体收集装置、电推力器接口技术和吸气式双级静电电推力器技术；气体收集压缩比95～140，气体收集效率0.28～0.32，气体收集效率比较低，电推力器效率待提高。

我国开展吸气式电推进技术研究的研究机构主要有北京卫星环境工程研究所、兰州空间技术物理研究所、北京航空航天大学等。北京卫星环境工程研究所吸气式电推进系统采用被动气体收集增压方式，电推力器采用螺旋波等离子体推力器。兰州空间技术物理研究所研制的吸气式电推进系统中，气体收集增压装置采用主被动结合的气体收集增压方式，即采用管道阵列多孔板将收集到的气体增压后，进一步采用涡轮增压装置对收集的气体进行增压，这样可以兼顾气体收集效率和增压比两个参数，电推力器采用电子回旋共振(ECR)电推力器方案。北京航空航天大学利用理论分析和数值计算相结合的方法开展了气体收集增压技术研究。

2.4 轨道控制策略

基于电推进的超低轨卫星轨道控制策略大体可分为两类，一类为以GOCE为代表的无拖曳控制。另一类为以SLATS为代表的高精度维轨控制。

1)无拖曳控制

以GOCE为例，GOCE无拖曳与姿态控制分系统如图15所示，主要包括无拖曳控制回路和姿态控制回路。

图15 GOCE无拖曳与姿态控制分系统框图

GOCE姿态控制回路除了采用冷气推进技术外，还采用了姿态磁控技术。无拖曳控制回路主要包括卫星动力学模块、静电引力梯度仪(EGG)、离子推力器模块、离子推力器指令计算模块和无拖曳控制律模块。无拖曳控制大回路上的EGG模块和离子推力器模块分别是两个闭环子模块，具有独立的控制算法。无拖曳控制的特点是利用EGG模块实时获取飞行阻力，并通过离子推力器实时调节推力大小补偿阻力[19]。

2)高精度维轨控制

与无拖曳控制相比，高精度维轨控制中不包含静电引力梯度仪，而是采用全球导航卫星系统(GNSS)作为轨道测量传感器，通过GNSS获取轨道参数，完成轨道预报，并通过比较测量轨道参数与参考轨道参数之间的差异确定卫星空间轨迹误差。进一步以空间轨迹误差数据为输入生成控制策略，并给出离子电推进轨道维持控制指令，完成轨道维持控制。最后，卫星在各种摄动力下运动，形成闭环(见图16)。

图16 卫星高精度维轨控制框图

2.5 原子氧防护技术

超低轨道空间环境区别于更高轨道的特点是原子氧浓度高，原子氧(AO)是低地球轨道残余大气的主要成分，大约是109～105cm-3个左右，200 km高度原子氧年平均积分通量是400 km高度的约30倍。由于卫星的高速飞行，增大了原子氧对卫星表面材料的撞击能量及通量密度。将对卫星表面材料产生严重的氧化剥蚀作用，是卫星表面材料退化的主要因素之一[20]，日本SLATS专门携带了进行原子氧侵蚀试验的装置，进行在轨试验。在超低轨道卫星设计中应特别关注原子氧防护问题。

3 超低轨卫星应用前景分析及发展建议

GOCE和SLATS的成功飞行已证明超低轨长寿命飞行成为可行，超低轨道卫星由于运行轨道低，因此在提高对地观测分辨率、地球近地轨道物理场测量精度和电磁信号探测灵敏度方面，相比常规低轨卫星具有显著的优势。

(1)在光学应用领域，及早谋划适应快速响应任务需求的小型化高分光学遥感星座。为了实现高分辨光学对地遥感通常采用增大相机口径提高分辨率或椭圆轨道近地点提高分辨率两种手段。随着相机口径的扩大，卫星的规模也相应的扩大，卫星的研制成本也相应延长，如在500 km常规圆轨道，为实现0.2米级高分辨率对地成像，需要1.2 m大口径相机，整星质量达到2～3 t，研制周期长，研制成本高，而且继续提高分辨率对相机反射镜的加工也是极大挑战。而通过椭圆轨道实现近地点的高分成像是一种有效提高分辨率的手段，但是椭圆轨道不能在全轨道面实现最高分辨率成像，卫星应用效能受限，典型代表是美军的KH-12，只有在近地点才能实现0.1 m分辨率的成像。而超低轨道卫星因为飞行高度距离地表近，可以用低成本小型化的相机实现高分辨率对地成像。例如250 km轨道与500 km轨道的卫星相比，光学口径可降低1/2、焦距可降低1/2、相机体积和质量至少可降低到1/4，整星规模可同比下降，相机的加工难度也可以明显降低。

(2)在微波与电子监测应用方面，开展适应快速响应任务需求的小型化SAR成像卫星研究。超低轨道卫星因为飞行高度距离地表近，可以用低成本小功率的SAR实现高轨道高功率SAR成像同样的观测效果。SAR发射功率随轨道高度的三次方成比例减小。随着轨道的降低，SAR系统的灵敏度和辐射分辨率有明显提升，可以发现弱小目标，实现背景精细化识别。

(3)在地球物理场探测应用方面，尽快跟踪研制重力场探测卫星。通过降低轨道高度，卫星可获得地球物理场信号增强。对重力场探测而言，轨道越低卫星获取的重力信号越强烈，越有利于卫星探测，从而提供高精度和高分辨率的全球重力场和大地水准面模型。高精度的重力场数据和高精度的大地水准面可支持间接瞄准武器的高精度瞄准、远程导弹的高精度命中。

(4)在电离层测量应用，及早谋划超低轨电离层探测卫星。降低轨道有利于电离层高灵敏电磁探测，来自地球的电磁信号才有足够的强度被卫星观测到，在一般的太阳活动水平下，电离层的最大电子密度层高度是250～350 km，而超低轨卫星可以在此轨道长期稳定飞行，可以积累足够的有效数据，支撑地震预测等应用。

相比常规低轨卫星，超低轨卫星在卫星大系统设计方面也具有显著的优势。由于相同载荷，降低轨道后，可提高成像分辨率和综合观测能力，反之，可以实现载荷的小型化、轻型化。轨道高度低，所需发射能量小，在给定的火箭发射运载能力下，入轨质量可以更大，有利于实现“一箭多星”发射。另一方面，超低轨道也将极大地改善卫星与地面通信的链路预算，潜在地允许在大小或复杂性上减少地面段接收器的大小，以达到相同的下行速率。这将导致地面部分的构建和运营成本节省。地面运控设备小型化后，有利于在轨数据的灵活接收，提高卫星使用灵活度。

超低轨道卫星具有广泛应用前景，随着关键技术的深入研究，特别是电推进技术的长足发展，超低轨卫星的发展逐步从试验验证阶段走向实际应用阶段。鉴于目前的发展现状，建议我国从领域应用和技术发展两个层面推动超低轨卫星发展布局，在领域应用上，重点发展超低轨卫星在高分辨率遥感、地球物理场测量领域的应用，并推动超低轨卫星在通信、导航、测绘、空天目标监测等方面的应用，在技术发展上，重点开发基于电推进的长寿命高可靠超低轨卫星平台，并大力发展适应超低轨卫星低阻构型的有效载荷，如小型化高分或超高分相机、低功耗SAR以及用于地球重力场测量的重力梯度仪等载荷，同时推动吸气式无质损电推进产品的研制，尽快开展超低轨卫星的研究，形成我国超低轨域的占用控制能力。

4 结束语

本文对超低轨卫星的3个发展阶段进行了综述，特别介绍了第三个阶段，即基于电推进轨道维持的长寿命超低轨卫星，以及GOCE和SLATS的轨道飞行剖面、使命任务。GOCE和SLATS的成功飞行表明：在超低轨道采用电推进进行长期稳定运行已经成为可能。通过对国外超低轨卫星的研究，归纳并分析了超低轨卫星面临的气动低阻构型设计、阻力计算、电推进、轨道控制、原子氧防护技术等关键技术，并分析了超低轨卫星的应用前景，充分利用超低轨道离地表近的优势，推动超低轨卫星在光学、微波等遥感方面的应用，促进高分辨率成像卫星小型化、轻量化发展，同时推动超低轨卫星在地球物理场探测、原位测量等方面的应用，形成更加完善的航天装备图景。超低轨道作为一个新的轨域，处于刚刚开发阶段，随着人们对超低轨道认识的加深，超低轨道的应用将更加广泛。