航天器體積和質量的大型化、功能復雜化,已導致航天器的研制、開發(fā)、生產、發(fā)射、運行和維護費用迅速膨脹,而功能復雜化又使其技術上的可靠性和管理上的安全性不可避免地下降了,從而增加了失效概率。上述原因一方面使已經發(fā)展航天技術的國家面臨資金緊X、項目風險性增大的嚴峻局面,從而處于一種進退兩難的尷尬境地;另一方面又使一些計劃發(fā)展航天高科技的國家或集團不得不重新審視自身的經濟與技術實力。。。
隨著微電子技術的發(fā)展，特別是以微機電系統(tǒng)（MEM和微型光機電系統(tǒng)（MOEM）S為代表的微米納米技術的發(fā)展，使得微型衛(wèi)星、納型衛(wèi)星甚至皮型衛(wèi)星的實現(xiàn)成為可能。而現(xiàn)代社會信息化革命所帶來的對利用空間技術獲取和傳輸信息的新需求則成為推動現(xiàn)代小衛(wèi)星發(fā)展的強大動力?？傊?現(xiàn)代小衛(wèi)星的興起是空間技術發(fā)展的必然趨勢。
50年代～80年代,由于運載火箭的發(fā)射能力不斷提高,用戶對衛(wèi)星容量需求的增加,加上冷戰(zhàn)時期各國空間預算普遍增加,所以衛(wèi)星總的發(fā)展趨勢是大型化、復雜化。從80年代末開始,衛(wèi)星技術的發(fā)展呈兩種趨勢:一是繼續(xù)發(fā)展大型復雜化衛(wèi)星,衛(wèi)星的重量和成本都大幅度增加;二是發(fā)展
(2)冷戰(zhàn)結束和軍備競賽的減弱,使空間項目更加注重實效,這促進了小衛(wèi)星的發(fā)展。
(3)經濟和社會發(fā)展對衛(wèi)星應用需求的迅速擴大,也促進了以小衛(wèi)星為基礎的星座系統(tǒng)開發(fā)。
在小衛(wèi)星發(fā)展的基礎上,由于微小型化技術的快速發(fā)展,更進一步促進了小衛(wèi)星向微小型化發(fā)展。美國航宇局將小衛(wèi)星定義500kg以下。英國薩瑞大學還進一步將100kg～500kg的衛(wèi)星稱為微小衛(wèi)星(MINISAT),10kg～100kg的衛(wèi)星稱為微型衛(wèi)(MICROSAT),10kg以下的衛(wèi)星稱為納米衛(wèi)星(NANOSAT)。納米衛(wèi)星還稱固態(tài)衛(wèi)星、硅微衛(wèi)星,其自身通常無法獨立完成空間任務,需要依賴分布式的星座或網(wǎng)絡才能實現(xiàn)其功能。
用重量(或者尺寸、經費)來定義和分類現(xiàn)代小衛(wèi)星具有清晰和直觀的優(yōu)點,但卻無法闡述現(xiàn)代小衛(wèi)星的特點,尤其是它與傳統(tǒng)小衛(wèi)星的區(qū)別。因此,現(xiàn)又提出用功能密度(衛(wèi)星分系統(tǒng)單位重量的功
能)進行分類的方法,但這種方法又難于直觀給出小衛(wèi)星的概念。因此,嚴格來講,現(xiàn)代小衛(wèi)星又是衛(wèi)星技術發(fā)展進步的一種表述。
微小衛(wèi)星發(fā)展的本質是為了更進一步地提高現(xiàn)代小衛(wèi)星的功能密度,它必須依靠微電子、微機械、輕質材料等高新技術的支持;而要實現(xiàn)“快、好、省”的發(fā)展特點,則需要采用全新的設計思路和技術途徑,特別是微型技術的采用。納米衛(wèi)星采用微型技術,反過來又牽引了微型技術的快速發(fā)展。未來微小衛(wèi)星將要涉及的技術包括:
衛(wèi)星彈射出去。彈射方式可根據(jù)衛(wèi)星完成其飛行任務所要求的不同姿態(tài)穩(wěn)定方式而加以靈活選擇。
微小衛(wèi)星對GN&C敏感器的要求是,重量低于0.2kg～0.25kg,功率低于0.1W,工作電壓低于3.3V,分辨率優(yōu)于0.1。具體的技術開發(fā)工作包括微型反作用飛輪、微型三軸磁力計、電磁體、雙軸太陽敏感
未來微小衛(wèi)星電源系統(tǒng)的微型化趨勢是將太陽能電池、蓄電池和功率變換器集成為1個混合模塊。這種模塊可以將衛(wèi)星的尺寸與重量減小1個量級。
主,無需接收裝置;另1種是采用“芯片接收機”技術,并將其集成到星載設備中。
(1)微電子機械系統(tǒng)(MEMS)其研究目標是把目前部件的質量和體積減少到1/50。
(2)多功能結構(MFS)微電子機械系統(tǒng)的用途之一是構建多功結構。而多功能結構技術是將許多單個部件制造成微型化部件,再把它們組裝到“靈巧的殼體”內,部件之間的連接線都用電路板的跡線)新型材料未來微小衛(wèi)星將采用以復合材料為基礎的結構(如石墨環(huán)氧樹脂等)。與鋁制結構相比,復合材料可使衛(wèi)星重量降低1/3,還可提高結構強度和剛性。
采用智能計算機進行星上全面管理,能實現(xiàn)高度自主性。利用結構自適應神經控制器可隨任意變化的情況自主改變算法,通過結構工況的監(jiān)視和神經控制器的再配置,實現(xiàn)衛(wèi)星結構的高度自主控制。
應盡量利用軟件來實現(xiàn)硬件的功能,因為衛(wèi)星軟件可在飛行過程中不斷升級,提高衛(wèi)星的自主能力。
在未來的微小衛(wèi)星設計中,構成衛(wèi)星的最基本單元不再是分立的元器件、零部件,而是多芯片模塊(MCM)及其組合(疊層式多芯片模塊),并在此基礎上將衛(wèi)星功能系統(tǒng)設計成“功能塊”(functional block) , 通過接口實現(xiàn)功能的隔離和連接, 進而構成多功能系統(tǒng)。
微小衛(wèi)星體積小、重量輕、研制周期短、成本低、發(fā)射方式靈活， 在軍事上有較大的應用潛力， 20 世紀 80 年代中期以來受到越來越多 國家的重視。美國已發(fā)射重量在幾百千克以下的多種小衛(wèi)星和重量不
足 10 千克的試驗型納衛(wèi)星和皮衛(wèi)星； 英國、瑞典也在 2000 年發(fā)射了
納衛(wèi)星； 法國、印度、阿根廷、智利、巴西、韓國、 泰國、巴基斯坦 等國已經有了自己的小衛(wèi)星。此外，印度尼西亞、馬來西亞、菲律賓 等國以及中國 XX地區(qū)正在與航天大國合作研制小衛(wèi)星或微衛(wèi)星。 [7] 中國狀況
早在 1995 年，中科院就根據(jù)國家未來星地通信技術發(fā)展需求， 提出要自主研制中國首顆重量 100 公斤以下的低軌道數(shù)據(jù)通信小衛(wèi) 星及其通信系統(tǒng)。 1996 年，中科院微系統(tǒng)所提交了研制低軌道數(shù)據(jù) 通信小衛(wèi)星及其通信系統(tǒng)的報告。1997 年底，中科院正式通過了特
別支持重大項目“存儲轉發(fā)通信小衛(wèi)星及其應用系統(tǒng)”的立項， 準備 研制一顆雙向數(shù)據(jù)通信的小衛(wèi)星“創(chuàng)新一號”。研制任務主要由 XX 微系統(tǒng)所和 XX技術物理所等單位承擔。進入知識創(chuàng)新工程的 XX微系 統(tǒng)所在體制和機制改革上的推進， 為“創(chuàng)新一號”的研制奠定了堅實 的科學技術基礎。 2003 年 10 月 21 日， 中科院知識創(chuàng)新重大項目“創(chuàng) 新一號”存儲轉發(fā)通信小衛(wèi)星成功發(fā)射入軌， “創(chuàng)新一號”小衛(wèi)星以 存儲轉發(fā)的工作方式，實現(xiàn)全球 X圍的非實時低軌道雙向數(shù)據(jù)通信。 為提高抗干擾及增強 XX性，衛(wèi)星的通信載荷采用了擴頻通信技術。 衛(wèi)星為太陽能電池貼裝六面體的結構形式， 采用重力梯度加磁力矩器 主動姿控并輔加微型動量輪的姿態(tài)控制方案。衛(wèi)星總重 80 余公斤， 平均功耗 30 瓦。這是中國自主研制的第一顆 100 公斤以下的微小衛(wèi) 星， 也是中國第一代低軌道數(shù)據(jù)通信小衛(wèi)星， 對中國微小衛(wèi)星的研究 發(fā)展起到了重要作用，中國發(fā)展微小衛(wèi)星事業(yè)的新局面也從此打開。
2008 年 9 月， 神七載人飛船的伴星又飛入太空，這是在繼承中 科院創(chuàng)新一號小衛(wèi)星成熟技術的基礎上研制的中國第一顆空間伴隨 微小衛(wèi)星。 隨后，創(chuàng)新一號（ 02）星也于同年 11 月成功發(fā)射升空。[ 另 外, 中國還有許多大學、公司與參與研發(fā)微小衛(wèi)星， 如：清華大學、
衛(wèi)星與 XX航天科技創(chuàng)新研究院、XX工業(yè)大學國家大學科技園 XX共 同設立的航天東方紅海特公司研制的“試驗一號”和“試驗三號” 衛(wèi)星， XX大學的“皮星一號 A”以及XX航空航天大學推出的“天巡 一號”微小衛(wèi)星等。 [9]
微小衛(wèi)星主要有 2 個發(fā)展方向。 一是研制輕型單顆衛(wèi)星， 這類微 小衛(wèi)星已經開始執(zhí)行地球觀測任務， 提供達到軍用分辨率的圖像。 美
是將微小衛(wèi)星組成星座，進行編隊飛行， 以代替昂貴的單顆大型衛(wèi)星， 例如天基雷達（ SBR）群、長基線信號情報（ SIGINT ）星座以及連接 小型地面終端的通信衛(wèi)星群等
