1.4 我国小微卫星发展概况

我国从20世纪90年代初开始进行小微卫星的研发工作，中国科学院、哈尔滨工业大学、清华大学、浙江大学等研究机构与高校纷纷涉足小微卫星，相继研制发射了“清华一号”卫星、“创新一号”卫星、“探索一号”卫星和纳型卫星等小微卫星；在小微卫星星座与编队飞行关键技术、微型部组件技术（GPS接收机、测控与数传合一的射频、微型姿态敏感器件与控制组件、高性能星载计算机、微推进、新型通信及成像载荷等）等方面取得了重要成果并正在着手在轨飞行试验。

清华大学与英国萨瑞大学联合成立了清华萨瑞小微卫星技术中心，并于2001年成功发射了“清华一号”小微卫星，主要用于数据通信和遥感科学试验，整星质量为50 kg，采用模块化设计思想，功能密度比较高；卫星轨道是700 km的太阳同步轨道，采用三轴稳定的姿态控制方式，指向精度优于0.7°，测量精度优于0.5°。

作为我国小卫星工程研制单位的核心代表，航天东方红卫星有限公司是我国小卫星及其应用国家工程研究中心挂靠单位，公司从成立之初就立足于我国小卫星的研制，目前已经成功发射了近100颗现代小卫星，占我国已发射小卫星总数的90%以上。2009年12月15日，航天东方红卫星有限公司研制并成功发射了我国第一颗科普卫星和公益卫星——“希望一号”卫星。2015年9月，中国发射一箭20星，其中航天东方红卫星有限公司“希望二号”6颗卫星包括1颗25 kg级卫星、3颗10 kg级卫星及2颗星星分离的1 kg级卫星。2017年6月15日，航天东方红卫星有限公司研制了“珠海一号”卫星系列的OVS-1 A/OVS-1 B卫星，该卫星的空间分辨率为1.98 m，离地高度为530 km，质量为50 kg，成像范围为8.1 km×6.1 km，视频可最长拍摄90 s，运行轨道倾角为43°。

上海小微卫星研制中心从“创新一号”开始，即以小微卫星为切入点，进行小微卫星的研制，研制了创新系列等卫星。浙江大学、哈尔滨工业大学及浙江大学都在微纳卫星研制中取得了出色的成果。另外在2015年后，商业航天的微纳卫星发展势头也很迅猛，取得了一定成果。

1.4.1 “希望一号”卫星

“希望一号”卫星（图1-4-1）是中国科学技术协会（简称“中国科协”）作为用户，为全国青少年和广大业余无线电爱好者研制的中国第一颗科普卫星，是“情系中华、梦想航天”系列航天体验活动的重要组成部分，也是中国航天科技集团承担研制的第一颗公益卫星。

“希望一号”卫星总质量约为50 kg，本体包络尺寸为ϕ680 mm×480 mm（含对接环），发射状态和在轨飞行状态卫星包络尺寸为ϕ680 mm×974 mm（包括VHF天线和UHF天线）。该卫星运行在1200 km的太阳同步轨道，降交点地方时为9: 30 AM。卫星本体呈对称八棱柱结构，采用高效三结砷化镓体装太阳电池阵与15 Ah锂离子蓄电池组，一次母线电压为28 V，可提供±12 V、+5 V的二次电源；采用USB测控体制，上行码速率为2000 bit/s，下行码速率为4096 bit/s；卫星采用固定磁矩方式，使卫星姿态满足任务需求。

“希望一号”卫星采用新一代集成化星上综合电子，利用网络架构实现了整星集成管理与控制；开发了基于ARM芯片的双机无扰切换的星务主机，首次实现了空间飞行（200 MIPS/180 MHz）；自主研发的嵌入式管理执行单元MEU，首次实现了空间飞行（25 MIPS/25 MHz）。

“希望一号”卫星拍摄的地球如图1-4-2所示，“希望一号”卫星天圆地方模型太空如图1-4-3所示，“希望一号”卫星无线电活动如图1-4-4所示。

1.4.2 “希望二号”卫星

“希望二号”卫星是为了满足低成本小微卫星组网应用的发展需要和精密测定轨对高精度大气密度模型的急迫需求而开展研制的。“希望二号”卫星采用标准化、模块化设计，使用商用“货架”（Commercial Off-The-Shelf, COTS）器件及其防事故措施设计，实现实用型小微卫星技术和产品开发，探索低成本小微卫星体系架构和研制模式；通过单板单机化、整星无缆化、系统开放化及接口规范化的核心设计理念，研制适应不同类型科学载荷的1～50 kg小微卫星公用平台，进行小微卫星应用型平台在轨验证。“希望二号”卫星由1颗纳卫星、3颗皮卫星及2颗搭载子卫星构成小微卫星系统，卫星采用轨道高度为524 km、倾角为97.47°的太阳同步轨道，配置大气密度探测器、双模四频全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System, GNSS）接收机、甚长基线干涉测量（Very Long Baseline Interferometry, VL-BI）信标机及激光反射器等科学载荷，用以原位获取低轨热层大气密度数据，探测大气密度时空分布关系，优化热层大气阻力特性，研究高层大气密度变化机理；进行多体制精密测定轨试验，为提高低轨航天器定轨预报精度获取有效连续的实测数据支撑。“希望二号”卫星的用户为北京航天飞行控制中心，搭载“长征六号”（CZ-6）运载火箭，于2015年9月20日在太原卫星发射中心以一箭多星方式发射。

“希望二号”纳卫星如图1-4-5所示，“希望二号”皮卫星如图1-4-6所示，“希望二号”子卫星如图1-4-7所示，子卫星安装于皮卫星的构型如图1-4-8所示。

“希望二号”卫星采用超低功耗智能化接口，通过CAN总线和I2 C总线网络形成了分布式的信息拓扑结构，各设备以节点形式与星上网构成功能密集、配置灵活的网络系统结构。其以整星优化为目标，以硬件资源统一应用、充分发挥软件效用为原则，使卫星各设备的信息流和能源流成为一体化有机整体。

“希望二号”卫星是我国首颗以精密定轨和热层大气密度探测为科学目标的小微卫星项目，卫星搭载大气密度探测器、GNSS双频接收机，以及激光角反射镜，通过大气密度探测器的就位探测，获取大量密度探测数据，同时利用高精度轨道，开展高时间分辨率大气密度反演，为后续开展经验密度模式修正及建模提供数据基础。

“希望二号”卫星利用GNSS原始伪距和载波相位测量数据定轨，是我国第一个具备GPS BD双模四频点（L1/L2/B1/B3）载波相位测量能力的小微卫星星座。同时，该卫星首次将VLBI（长基线干涉测量技术）应用于低轨航天器，并搭载激光角反射镜，对GNSS测定轨数据进行有效补充，为我国空间测定轨新技术的进一步发展提供技术积淀，同时“希望二号”卫星具有变轨功能。

1.4.3 “珠海一号”卫星

“珠海一号”卫星（OVS-1卫星）是一颗视频卫星，视频卫星是一种新型对地观测卫星，与传统的对地观测卫星相比，其最大的特点是可以对某一区域进行“凝视”观测，以“视频录像”的方式获得比传统卫星更多的动态信息，特别适于观测动态目标，分析其瞬时特性。其能实现对动态运动过程的连续观测和跟踪，获取观测区域的视频数据。

“珠海一号”卫星为欧比特公司“卫星大数据处理关键技术研究与基础建设”的空间段组成部分，提供卫星拍摄的视频和图像数据产品。卫星具有小型化、轻量化、集成化的特点。“珠海一号”卫星采用高度为550 km、倾角为43°的轨道；配置一台1200万像素的CMOS传感器视频相机载荷，地面像元分辨率为1.98 m，单幅成像地面幅宽为8.1 km×6.1 km。其通过整星机动能力，实现视频模式、凝视拍照和滑动凝视拍照等工作模式，在轨视频或图像数据存储于固存中，卫星过地面站实时传至地面。卫星设计寿命为1年，搭载CZ-4 B/Y31运载火箭，于2017年6月15日发射。

卫星发射状态构型如图1-4-9所示，卫星在轨运行状态构型如图1-4-10所示。

“珠海一号”卫星的在轨应用情况如下：

“珠海一号”卫星图像清晰度良好，层次丰富，细节清晰，地物边缘锐利，能够清晰地看到机场起跑线上的数字，划分城市密集区域的房屋和道路，合成后的彩色图像能够真实地反映地物信息，区分农田地带不同颜色的作物。获得的视频图像能够动态地显示机场跑道上滑行的飞机、水面上船只的运动方向和航迹，同时可以捕获多个机场和区域上空飞行中的飞机，还能观测到公路上车辆的流动。例如：首尔金浦机场图片如图1-4-11所示，马塞港口图片如图1-4-12所示。

“珠海一号”卫星的用户为珠海欧比特公司，该卫星是该公司“卫星空间平台”项目的主要组成载荷之一，被广东省列入2016年重大建设项目，是珠海市高新应用典型示范。相机完成在轨调试后，可实现对珠江三角洲地区高质量、高频次的成像观测工作，首先为珠海公安、国土、规划、环保、农业等各政府部门提供及时、准确的数据和服务，为欧比特公司实现智慧城市、遥感大数据服务奠定良好的基础。

1.4.4 “创新一号”/“向日葵一号”卫星

中科院上海小微卫星工程中心于2003年10月成功发射了“创新一号”小微卫星，该卫星采用三轴稳定姿态控制方式，重约90 kg，主要用于存储转发通信试验。该卫星运行在750 km的太阳同步轨道，采用三轴稳定的姿态控制方式，指向精度为50°～80°，测量精度约为20°。“创新一号”01星如图1-4-13所示。

“向日葵一号”卫星（图1-4-14）整星重约97 kg，运行在高度约700 km的太阳同步轨道，主要验证适用于导航通信任务的微纳卫星平台技术、适用于微纳星座的激光星间链路技术，普查通信频段全球电磁干扰情况，开展基于微纳卫星的特殊通信技术，验证星载小型化高精度GNSS测量、高精度定轨与处理技术。

1.4.5 “皮星一号”/“皮星二号”卫星

浙江大学于2010年9月22日成功发射“皮星一号”A卫星（图1-4-15），主要用于皮卫星平台验证及微电子机械系统等技术试验，

整星总质量约为2.5 kg，无姿态控制和推进系统，有效载荷主要是MEMS红外传感器和CMOS相机。

2015年9月20日，“皮星二号”卫星（图1-4-16）发射成功，它是一个具有大型挠性展开机构、三轴稳定的皮纳卫星，卫星总重为20 kg，展开机构占5.6 kg。卫星本体边长为0.25 m，展开机构直径为1.5 m，展开机构基频低达0.13 Hz。其验证了多模式测控、数传一体机，姿态测量和控制部组件，微型化液氨推进器，高可靠性星载综合电子系统，高效率电源系统，皮纳卫星星箭分离机构，高收纳比轻小型展开机构。

1.4.6 “天拓”系列卫星

“天拓一号”卫星（图1-4-17）是中国国防科技大学研制的中国首颗微卫星。

2012年5月10日15时06分，我国在太原卫星发射中心用“长征四号乙”运载火箭，成功将“遥感卫星十四号”送入太空，并成功搭载发射了“天拓一号”卫星。“天拓一号”卫星主要用于科学试验。

在2015年9月15日一箭20星的“天拓三号”卫星（图1-4-18）:1颗主卫星（基于TT-1, 20 kg级）、1颗手机卫星（1 kg级）、4颗飞卫星（0. 1 kg级）、4颗30 g左右的飞卫星（其中与主星固连2颗，与手机卫星固连2颗，包括电源、星务、数传和传感器4部分，主要用于多点无线自主组网实验）。该卫星两面都贴太阳能电池片，不携带蓄电池，只在光照期工作。

1.4.7 “紫丁香”系列

“紫丁香一号”卫星（图1-4-19）由哈尔滨工业大学学生团队自主研发，其遥测、遥控与转发通信功能均工作在卫星业余业务频段。该卫星携带的FM上行Codec2-BPSK数字语音下行转发器是国际首个专用的业余卫星数字语音转发器。2017年4月17日，该卫星搭乘“宇宙神5”火箭/“天鹅座”飞船发射进入太空。2017年5月23日，该卫星由国际空间站日本试验舱释放，正式开始工作。