第1章 绪论

1.1 小微卫星的出现

随着先进微电子、微机械、新材料和精密加工等技术的发展，大量成熟、可靠、先进的民用、商用产品和技术直接应用于小微卫星，这为小微卫星的发展和空间应用提供了广阔的舞台。

小微卫星具有体积小、重量轻、成本低、研制周期短、任务单一、使用灵活等特点，这使得其具有功能密度高、自主能力强、投资与运营成本低、灵活性好、系统建设周期短、风险较小等优点。

小微卫星可以通过星群、组网编队、分布式部署等方式实现高时间分辨率，进行区域增强，实现目前大卫星难以实现的某些任务；可以通过与其他类型卫星协同配合提高信息获取和传输的灵活性、时效性；可以通过微小卫星在轨进行新技术、新器件、新产品的试验验证，有效推进微电子、微机械、微封装技术的空间应用进程，缩短传统模式研制周期，完善新型航天产品设计研制体系，推动航天新技术的发展。

小微卫星可应用于空间遥感、数据通信、数据传输、地面环境监测、空间环境监测、导航定位、科学试验等诸多领域，但小微卫星走向应用的根本前提在于充分利用小微卫星的成本低、研制周期短和智能化的特点，采用分布式航天器技术，配置十几颗、上百颗，甚至上万颗小微卫星群，形成微纳卫星的编队组网，有效提升小微卫星应用效能、功能密度比，实现功能的强效化、应用的专业化，拓宽小微卫星的应用途径，突破空间应用范畴，实现单颗大卫星难以实现的功能及性能。

小微卫星的快速发展也离不开进入外太空成本的降低，近年来，一箭多星发射已成为运载火箭技术发展的重要趋势之一，而小微卫星由于其体积包络较小、重量较轻，正是一箭多星发射的最佳载体。2014年6月20日，俄罗斯“第聂伯”火箭成功地将37颗小卫星送入638 km太阳同步轨道，刷新了一箭多星发射的新纪录，其中35颗为小微卫星。2015年9月15日，中国进行了一箭20星发射，其中19颗为小微卫星。2017年2月15日，印度进行了一箭104星发射，其中88颗为美国地球图像公司的鸽群立方星，每颗卫星仅重5 kg。

纵观国外主要航天国家的发展轨迹，小卫星/小微卫星的发展一直没有停滞。美国是世界第一航天大国，推动了小卫星/小微卫星研制和应用的繁荣，而美国自身在很多卫星领域从来都是“大”和“小”齐头并进。小微卫星系统领域发展呈现如下应用趋势：

小微卫星已在多个领域广泛应用，在某些领域正在成为应用的主力；小微卫星已广泛应用于对地观测、电子侦察、通信、导航、空间攻防、空间目标监视、在轨服务、战术快速响应、空间科学探测、空间天气、深空探测和新技术试验等领域，并且已成为空间系统的重要组成部分。由于小微卫星性能的提升，应用卫星的升级换代呈现出质的飞跃。

小卫星的性能得到提升，依托高性能小卫星提供良好的服务；技术的发展使小卫星单星性能尤其是功能密度、敏捷机动能力、卫星寿命得到了大幅提升，高分辨率小卫星将沿着敏捷的路线发展；小卫星的自主生存能力得到了大幅提升。在敏捷能力、分辨率等方面，光学高分辨率敏捷小卫星的分辨率已经优于0.3 m，轨道机动能力优于±45°；微波高分辨率小卫星SAR-Lupe在聚束成像模式下分辨率已达0.5 m。在卫星寿命方面，美国的Iridium小卫星星座已经实现在轨稳定运行10年。在轻小型化方面，以色列优于0.5 m分辨率的光学卫星和优于1 m分辨率的SAR卫星的质量仅为300 kg，并在向继续降低质量的方向发展。美欧等国均已通过持续发射实现小卫星的长期稳定运行，保证了数据的连续性，并且将业务卫星发展成多种系列，通过发展不同用户群有效地利用数据。

通过小卫星星座组网和编队飞行得以保持卫星数据的连续性；单颗卫星重访周期至少需要一天半，难以满足观测数据由单点静止数据向全方位动态数据发展的方向。采用小微卫星可以从单一的单星运行模式，发展到星座组网、编队飞行等多种灵活机动的应用模式，利用小微卫星编队飞行可以实现多星、多任务、多路径和多模式的综合探测，通过合理配置不同功能的小微卫星，可以使小微卫星系统的综合性能得到提高，从而增加观测手段、基线长度，提高观测能力、生存能力。卫星星座及编队飞行卫星系统除了时间分辨率提高、系统风险降低外，还可实现单颗大卫星难以实现的功能和性能，如全球全天候空间目标监视、各类时差测量和干涉测量等。

航天器部件之间实现即插即用将成为今后的发展趋势；随着标准化、模块化卫星设计方法的推广，将来卫星设计者的主要任务是根据飞行任务的要求，采用各种各样的模块化和通用部件进行组合。若还不能满足任务要求，再进行补充。随着技术的发展，采用标准化、模块化的程度和比例将不断提高。目前，小卫星开发商正在研究在航天器上采用通用的计算机接口的方法。航天器即插即用电子设备采用标准来进行数据传输和指令数据的处理，使航天器部件之间实现即插即用的功能。

新技术、新体制优先通过小卫星进行空间应用；科学技术的迅猛发展推动了航天事业的跨跃式发展，先进的科学技术在航天领域的应用大大提升了航天装备水平。由于小卫星成本低、周期短，因此先进的科学技术优先通过小卫星在空间应用。科学技术的跨越式发展，促使现代物理学、基础物理学与小卫星技术紧密结合，未来冷原子、激光测量技术、量子技术、脉冲星导航、暗物质探测技术将优先通过小卫星进行空间应用。小微卫星在主要采用光学遥感和微波遥感两种观测手段的基础上，积极探索激光遥感等其他地球观测手段。

小微卫星全面进入新一代高分辨率商业卫星行列；发展高分辨率敏捷小微卫星已成为卫星遥感系统的重要发展方向。加速发展具有敏捷能力的高分辨率商业小微卫星系统显示了小微卫星灵活机动的优势；同时与高分辨率遥感器结合，借助整星敏捷姿态机动的性能，实现了高空间分辨率成像和快速系统响应性能。

上述提及了小微卫星近年来的技术进步，说明了科学技术和国民经济的发展推动航天事业的发展，特别是推进小卫星、小微卫星的进步。同时，小微卫星作为平台又提供科学技术和国民经济发展的助力。在军事上、经济上、科学实践上，需要大量的、快建的、便宜的、处于空间环境下的工作平台，作为工具或载体，进行生产、战斗、试验。这就是说，军事经济和科学技术的发展需要成为小微卫星发展的牵引动力。