微小衛(wèi)星發(fā)展

1、.：.；微小衛(wèi)星技術(shù)的開展 20063214 石偉航天器體積和質(zhì)量的大型化、功能復(fù)雜化, 已導(dǎo)致航天器的研制、開發(fā)、消費(fèi)、發(fā)射、運(yùn)轉(zhuǎn)和維護(hù)費(fèi)用迅速膨脹, 而功能復(fù)雜化又使其技術(shù)上的可靠性和管理上的平安性不可防止地下降了, 從而添加了失效概率。上述緣由一方面使曾經(jīng)開展航天技術(shù)的國家面臨資金緊張、工程風(fēng)險性增大的嚴(yán)峻局面, 從而處于一種進(jìn)退兩難的為難境地; 另一方面又使一些方案開展航天高科技的國家或集團(tuán)不得不重新審視本身的經(jīng)濟(jì)與技術(shù)實(shí)力。隨著微電子技術(shù)的開展，特別是以微機(jī)電系統(tǒng)MEMS和微型光機(jī)電系統(tǒng)MOEMS為代表的微米納米技術(shù)的開展，使得微型衛(wèi)星、納型衛(wèi)星甚至皮型衛(wèi)星的實(shí)現(xiàn)成為能夠。而現(xiàn)代社會

2、信息化革命所帶來的對利用空間技術(shù)獲取和傳輸信息的新需求那么成為推進(jìn)現(xiàn)代小衛(wèi)星開展的強(qiáng)大動力?？傊? 現(xiàn)代小衛(wèi)星的興起是空間技術(shù)開展的必然趨勢。微小衛(wèi)星的開展背景50 年代80 年代, 由于運(yùn)載火箭的發(fā)射才干不斷提高, 用戶對衛(wèi)星容量需求的添加, 加上冷戰(zhàn)時期各國空間預(yù)算普遍添加,所以衛(wèi)星總的開展趨勢是大型化、復(fù)雜化。從80 年代末開場, 衛(wèi)星技術(shù)的開展呈兩種趨勢: 一是繼續(xù)開展大型復(fù)雜化衛(wèi)星,衛(wèi)星的分量和本錢都大幅度添加; 二是開展可快速研制、消費(fèi)和發(fā)射的低本錢小衛(wèi)星。小衛(wèi)星迅速開展的緣由可概括為如下幾點(diǎn):(1) 高新技術(shù)的提高是現(xiàn)代小衛(wèi)星開展的重要推進(jìn)力和必然結(jié)果。(2) 冷戰(zhàn)終了和軍備競賽

3、的減弱, 使空間工程更加注重實(shí)效, 這促進(jìn)了小衛(wèi)星的開展。(3) 經(jīng)濟(jì)和社會開展對衛(wèi)星運(yùn)用需求的迅速擴(kuò)展, 也促進(jìn)了以小衛(wèi)星為根底的星座系統(tǒng)開發(fā)。(4) 高技術(shù)條件下的現(xiàn)代戰(zhàn)爭對開展小衛(wèi)星提出了迫切的需求。(5) 科學(xué)實(shí)驗(yàn)和新技術(shù)驗(yàn)證都需求經(jīng)過開展小衛(wèi)星來實(shí)現(xiàn)。(6) 提高發(fā)射頻度、降低風(fēng)險的需求。微小衛(wèi)星概念在小衛(wèi)星開展的根底上, 由于微小型化技術(shù)的快速開展, 更進(jìn)一步促進(jìn)了小衛(wèi)星向微小型化開展。美國航宇局將小衛(wèi)星定義500kg 以下。英國薩瑞大學(xué)還進(jìn)一步將100kg500kg的衛(wèi)星稱為微小衛(wèi)星( MINISAT ) , 10kg100kg的衛(wèi)星稱為微型衛(wèi)( MICROSA T) ,10kg

4、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, 其本身通常無法獨(dú)立完成空間義務(wù), 需求依賴分布式的星座或網(wǎng)絡(luò)才干實(shí)現(xiàn)其功能。用分量( 或者尺寸、經(jīng)費(fèi)) 來定義和分類現(xiàn)代小衛(wèi)星具有明晰和直觀的優(yōu)點(diǎn), 但卻無法論述現(xiàn)代小衛(wèi)星的特點(diǎn), 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)單位分量的功能) 進(jìn)展分類的方法, 但這種方法又難于直觀給出小衛(wèi)星的概念。因此, 嚴(yán)厲來講, 現(xiàn)代小衛(wèi)星又是衛(wèi)星技術(shù)開展提高的一種表述。微小衛(wèi)星設(shè)計中的先進(jìn)技術(shù)微小衛(wèi)星開展的本質(zhì)是為了更進(jìn)一步地提高現(xiàn)代小衛(wèi)星的功能密度, 它必需依托微電子、微機(jī)械、輕質(zhì)資料等高新技術(shù)的支

5、持; 而要實(shí)現(xiàn)“快、好、省的開展特點(diǎn),那么需求采用全新的設(shè)計思緒和技術(shù)途徑, 特別是微型技術(shù)的采用。納米衛(wèi)星采用微型技術(shù), 反過來又牽引了微型技術(shù)的快速開展。未來微小衛(wèi)星將要涉及的技術(shù)包括:(1) 先進(jìn)微型化化學(xué)推進(jìn)系統(tǒng);(2) 全新發(fā)射概念;(3) 微型探測系統(tǒng);(4) 高集成度電子器件包;(5) 高自主性星地操作規(guī)程;(6) 簡化定軌程序;(7) 遠(yuǎn)間隔 下行數(shù)據(jù)的星載射頻通訊才干( 包括光通訊才干) ;(8) 輕質(zhì)、高效太陽電池陣;(9) 輕質(zhì)、高輸出功率蓄電池;(10) 模塊化電源系統(tǒng)( 包括微型核電源系統(tǒng)) ;(11) 微型熱傳導(dǎo)及熱控系統(tǒng)等。推進(jìn)技術(shù)未來微小衛(wèi)星推進(jìn)系統(tǒng)中急需處理的

6、重點(diǎn)技術(shù)有:(1) 具有高效費(fèi)比的微型固體燃料發(fā)動機(jī);(2) 微型液體燃料推進(jìn)器( 采用肼或高級單元推進(jìn)劑) ;(3) 超低功率微型冷氣推進(jìn)器;(4) 低本錢燃料貯箱和燃料饋送系統(tǒng)部件;(5) 液體低功率氣體發(fā)生器;(6) 用于姿態(tài)控制的微型固體燃料發(fā)動機(jī)。發(fā)射技術(shù)未來微小衛(wèi)星的發(fā)射概念是, 由運(yùn)載火箭先將載有數(shù)十顆微小衛(wèi)星的部署母星( deployer ship) 發(fā)射入軌, 再由部署母星將微小衛(wèi)星彈射出去。彈射方式可根據(jù)衛(wèi)星完成其飛行義務(wù)所要求的不同姿態(tài)穩(wěn)定方式而加以靈敏選擇。制導(dǎo)、導(dǎo)航與控制( GN&C)微小衛(wèi)星對GN&C敏感器的要求是, 分量低于0.2kg0.25kg ,功率低于0.1

7、W,任務(wù)電壓低于3.3V, 分辨率優(yōu)于0.1。詳細(xì)的技術(shù)開發(fā)任務(wù)包括微型反作用飛輪、微型三軸磁力計、電磁體、雙軸太陽敏感器和雙軸地球敏感器等。指令與數(shù)據(jù)處置( C&DH)這部分涉及的主要技術(shù)有:(1) 輕質(zhì)、低功耗電子器件封裝技術(shù);(2) 抗輻射、低功耗處置平臺技術(shù);(3) 高性能、低功耗存儲技術(shù);(4) 抗輻射、可刷新的現(xiàn)場可編程門陣列技術(shù)。電源系統(tǒng)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)星的尺寸與分量減小1 個量級。射頻技術(shù)微小衛(wèi)星射頻技術(shù)的未來開展方向主要有兩個: 1 種是完全自主, 無需接納安裝;另1 種是采用“芯片接納機(jī)

8、技術(shù), 并將其集成到星載設(shè)備中。機(jī)械、構(gòu)造、資料(1) 微電子機(jī)械系統(tǒng)( MEMS)其研討目的是把目前部件的質(zhì)量和體積減少到1/ 50。(2) 多功能構(gòu)造( MFS)微電子機(jī)械系統(tǒng)的用途之一是構(gòu)建多功構(gòu)造。而多功能構(gòu)造技術(shù)是將許多單個部件制呵斥微型化部件, 再把它們組裝到“乖巧的殼體內(nèi),部件之間的銜接線都用電路板的跡線替代。(3) 新型資料未來微小衛(wèi)星將采用以復(fù)合資料為根底的構(gòu)造( 如石墨環(huán)氧樹脂等) 。與鋁制構(gòu)造相比, 復(fù)合資料可使衛(wèi)星分量降低1/ 3,還可提高構(gòu)造強(qiáng)度和剛性。星上自主性與智能化控制采用智能計算機(jī)進(jìn)展星上全面管理, 能實(shí)現(xiàn)高度自主性。利用構(gòu)造自順應(yīng)神經(jīng)控制器可隨恣意變化的情況

9、自主改動算法, 經(jīng)過構(gòu)造工況的監(jiān)視和神經(jīng)控制器的再配置, 實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星構(gòu)造的高度自主控制。應(yīng)盡量利用軟件來實(shí)現(xiàn)硬件的功能, 由于衛(wèi)星軟件可在飛行過程中不斷晉級, 提高衛(wèi)星的自主才干。模塊化與多功能系統(tǒng)設(shè)計在未來的微小衛(wèi)星設(shè)計中, 構(gòu)成衛(wèi)星的最根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),并在此根底上將衛(wèi)星功能系統(tǒng)設(shè)計成“功能塊(functional block) ,經(jīng)過接口實(shí)現(xiàn)功能的隔離和銜接, 進(jìn)而構(gòu)成多功能系統(tǒng)。開展現(xiàn)狀世界情況微小衛(wèi)星體積小、分量輕、研制周期短、本錢低、發(fā)射方式靈敏，在軍事上有較大的運(yùn)用潛力，20世紀(jì)80年代中期以來遭到越來越多國

10、家的注重。美國已發(fā)射分量在幾百千克以下的多種小衛(wèi)星和分量缺乏10千克的實(shí)驗(yàn)型納衛(wèi)星和皮衛(wèi)星； HYPERLINK baike.baidu/view/3565.htm t _blank 英國、 HYPERLINK baike.baidu/view/14445.htm t _blank 瑞典也在2000年發(fā)射了納衛(wèi)星； HYPERLINK baike.baidu/view/64741.htm t _blank 法國、 HYPERLINK baike.baidu/view/2174.htm t _blank 印度、 HYPERLINK baike.baidu/view/4484.htm t _bla

11、nk 阿根廷、 HYPERLINK baike.baidu/view/10206.htm t _blank 智利、 HYPERLINK baike.baidu/view/5399.htm t _blank 巴西、韓國、 HYPERLINK baike.baidu/view/7026.htm t _blank 泰國、 HYPERLINK baike.baidu/view/6853.htm t _blank 巴基斯坦等國曾經(jīng)有了本人的小衛(wèi)星。此外， HYPERLINK baike.baidu/view/2680.htm t _blank 印度尼西亞、 HYPERLINK baike.baidu/v

12、iew/7009.htm t _blank 馬來西亞、 HYPERLINK baike.baidu/view/3222.htm t _blank 菲律賓等國以及中國臺灣地域正在與航天大國協(xié)作研制小衛(wèi)星或微衛(wèi)星。7 中國情況早在1995年，中科院就根據(jù)國家未來星地通訊技術(shù)開展需求，提出要自主研制中國首顆分量100公斤以下的低軌道數(shù)據(jù)通訊小衛(wèi)星及其通訊系統(tǒng)。1996年，中科院微系統(tǒng)所提交了研制低軌道數(shù)據(jù)通訊小衛(wèi)星及其通訊系統(tǒng)的報告。1997年底，中科院正式經(jīng)過了特別支持艱苦工程“存儲轉(zhuǎn)發(fā)通訊小衛(wèi)星及其運(yùn)用系統(tǒng)的立項，預(yù)備研制一顆雙向數(shù)據(jù)通訊的小衛(wèi)星“創(chuàng)新一號。研制義務(wù)主要由上海微系統(tǒng)所和上海技術(shù)物

13、理所等單位承當(dāng)。進(jìn)入知識創(chuàng)新工程的上海微系統(tǒng)所在體制和機(jī)制改革上的推進(jìn)，為“創(chuàng)新一號的研制奠定了堅實(shí)的科學(xué)技術(shù)根底。2003年10月21日，中科院知識創(chuàng)新艱苦工程“創(chuàng)新一號存儲轉(zhuǎn)發(fā)通訊小衛(wèi)星勝利發(fā)射入軌，“創(chuàng)新一號小衛(wèi)星以存儲轉(zhuǎn)發(fā)的任務(wù)方式，實(shí)現(xiàn)全球范圍的非實(shí)時低軌道雙向數(shù)據(jù)通訊。為提高抗干擾及加強(qiáng)嚴(yán)密性，衛(wèi)星的通訊載荷采用了擴(kuò)頻通訊技術(shù)。衛(wèi)星為太陽能電池貼裝六面體的構(gòu)造方式，采用重力梯度加磁力矩器自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)通訊小衛(wèi)星，對中國微小衛(wèi)星的研討開展起到了重要作

14、用，中國開展微小衛(wèi)星事業(yè)的新局面也從此翻開。 2021年9月，神七載人飛船的伴星又飛入太空，這是在承繼中科院創(chuàng)新一號小衛(wèi)星成熟技術(shù)的根底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月勝利發(fā)射升空。另外,中國還有許多大學(xué)、公司與參與研發(fā)微小衛(wèi)星，如：清華大學(xué)、中國航天機(jī)電集團(tuán)公司共同研制的“清華航天一號微小衛(wèi)星， HYPERLINK baike.baidu/view/118930.htm t _blank 中國衛(wèi)星與深圳航天科技創(chuàng)新研討院、 HYPERLINK baike.baidu/view/97.htm t _blank 哈爾濱工業(yè)大學(xué)國家大學(xué)科技園共同設(shè)立的航天東方紅海特公司研制的“實(shí)驗(yàn)一號和“實(shí)驗(yàn)三號衛(wèi)星，浙江大學(xué)的“皮星一號A以及 HYPERLINK baike.baidu/view/5146.htm t _blank 南京航空航天大學(xué)推出