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小卫星 大用途

2001-09-03 来源:光明日报 庞之浩 我有话说


7月16日,中国青少年发展基金会宣布,2001年年底,我国科学家将利用一箭双星的技术把两颗专门用于科普的小卫星送上太空。中国青少年发展基金会计划在全国300家少年宫建设卫星地面接收站,届时孩子们就可以玩上地地道道的卫星了。

1999年5月10日,我国第一颗采用公用平台思想设计的小型科学试验卫星——实践5号小卫星顺利升空。该卫星质量为298公斤,尺寸约为1.10米×1.20米×1.04米,主要用于空间单粒子事件测量及对策研究、空间流体科学试验和小卫星公用平台技术试验等。清华大学与英国萨里大学合作的清华1号小卫星也于2000年6月28日发射。它重50公斤,尺寸0.33米×0.33米×0.64米,用于太空科研、环境监测、通信和教育。2001年下半年,我国还将发射海洋1号小卫星。

由此不难看出,一股小卫星热正在我国兴起。其实,小卫星在国外早已发展得红红火火了。最有力的证明就是于1998年11月1日投入使用的“铱星”通信系统。它是由66颗小型卫星组成的星座,每颗700公斤,人们可以通过它在包括两极在内的全球任何一处用手持卫星电话进行无缝隙通信,实现名副其实的“全球通”。今天风靡全球的小卫星,不仅仅是就重量而言的,更重要的是要看功能密度。现代小卫星,不仅重量轻,而且功能强。现代小卫星具有如下特点:研制周期短,一般不超过两年,大卫星要7年至8年;发射方式灵活,既能由小运载火箭单独发射,也可以“搭车”方式随同别的卫星一起发射,或用一枚火箭发射多颗小卫星;成本低,小卫星可批量生产,单颗卫星成本低,发射费用也较低,小卫星在应付突发军事事件时具有特别重要的价值。例如,在1982年英阿马岛战争中,前苏联在69天内紧急发射了22颗小卫星,用于获取战场信息。在海湾战争中,美国应急发射两颗小卫星,为战场提供通信保障。小卫星今后将得到进一步发展,除了用于军事,在民用领域也有广阔的应用前景。

在航天时代初期,由于运载火箭和卫星等技术水平有限,所以发射的卫星质量和体积较小。后来随着科技的长足进步和实际应用的需要,卫星的功能不断增多,尺寸和重量也随之上升,使小卫星这一空间鼻祖渐渐“失宠”,被人们遗忘在不起眼的角落里。然而,从20世纪80年代后期起,濒于灭迹的小型卫星又东山再起,重放异彩,真可谓“三十年河东,三十年河西”。

现代小卫星和70年代以前生产的小卫星大相径庭,前者比后者功能强得多,技术含量大大提高,不仅能广泛用于商业通信、航天遥感、空间科研和行星探测等,而且军用价值很高。所以,现在一般把70年代以前发射的小卫星叫传统简单小卫星,80年代以后发射的小卫星称现代高性能小卫星。

总的来讲,目前通常把重于3.5吨的叫巨型卫星,重于2吨的称大型卫星,中型卫星重于1吨,小型卫星则不到1吨。小型卫星又可细分为小卫星(0.5~1吨,造价2000~5000万美元)、超小卫星(0.1~0.5吨,造价400~2000万美元)、微型卫星(10~100公斤,造价100~400万美元)、纳型卫星(小于10公斤,造价少于100万美元)、皮型卫星(小于1公斤)和飞型卫星(小于100克)。微型卫星的一个突出特点是技术扩展性强,从微型卫星这一技术平台出发,可进一步向微小化发展而研制纳米卫星;或向多用途化发展而研制小型卫星;或向集群化发展而研制微型卫星星座;还可以向深空探测发展而研制小型深空探测器。

随着认识的不断加深,人们意识到仅仅以重量作为划分小卫星的依据是不够的,必须引入“功能密度”的概念。功能密度是指卫星每公斤重量所能提供的功能。例如,每公斤太阳能电池提供100瓦功率就比每公斤太阳能电池提供20瓦功率提高了4倍功能密度。所以,也可按照功能密度把小卫星分为简单小卫星和现代小卫星两种。

这些现代小卫星具有研制周期短(1~2年)、体积小、性能好、可靠性高、发射灵活、不易被摧毁等一系列优点,因而如日中天,使不少大卫星望尘莫及。

与任何新事物的问世一样,现代小卫星的崛起是用户需求牵引和技术进步推动的结果。例如,军事卫星的一项重要指标要求就是生存能力强,但大型卫星很容易成为反卫星武器的攻击目标,而且一旦遭到破坏便会“全军覆没”。若用多颗小卫星来代替单颗大型卫星,即“以十当一”,则可免遭灭顶之灾,因为这些小卫星采用互为备份的工作方式,所以即使“牺牲”一两颗也无大碍,对整个系统的影响不大,小卫星群仍能“带伤坚持战斗”。现代小卫星可使用小型运载火箭通过铁路和公路机动发射或用飞机从空中发射。这种“狡兔三窟”的办法,使敌方很难摸清发射基地的底细。美国军方现正在招标研制专门用于发射小型卫星的几种移动式运载工具,为的是“不把美国的全部鸡蛋都放在一个篮子里”,随时可用其中的任意一种火箭及时发射执行单一任务的应急小型专用军事卫星。可见,小卫星很适合军方所要求的机动应急发射。战术卫星只要满足战时需要即可,而不在乎寿命长短,战后报废也无所谓,因为它很便宜。从进行一场高强度战争的费用来看,用小卫星取代寿命较长但费用昂贵的大卫星还是很上算的。由于小卫星可以批量生产,因此和平时期可以贮存一些战术通信卫星、电子监听卫星和战场侦察卫星,一旦爆发局部战争,便可随时发射。小卫星的崛起,也使卫星的制造过程从“工匠式”过渡到“流水线式”。

现代小卫星的需求前景是非常广阔的,而目前日新月异的高度集成化、轻量化技术也为它的兴旺发达提供了可能性。微电子、微机械、轻型材料、精密加工和高效能源等技术的迅速发展,促进了星载遥感器、探测器、通信转发器、计算机以及保障系统仪器、设备、部件的小型化,使现代小卫星更显光彩夺目。

现代小卫星已经历了两个阶段:第一阶段是从20世纪80年代中期至90年代初期,可称之为探索研究阶段。这一阶段取得了采用微电子学、高速计算机技术等方面的成功经验,扩大了小卫星的应用范围。第二阶段是从20世纪90年代初到90年代末,可称之为发展、应用并初步形成规模阶段。在这一阶段,大多数小卫星采用高新技术,成为名副其实的性能高、成本低、研制周期短的现代小卫星。21世纪初,现代小卫星进入第三阶段。在此阶段,采用大量高新技术、全新设计概念和先进管理方式的小卫星,可以取代部分大卫星,在商业卫星市场竞争中处于有利地位,并引起卫星应用的一场重大变革。

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