根據(jù)衛(wèi)星的質(zhì)量，重量低于500公斤的衛(wèi)星稱為小型衛(wèi)星，100-500公斤的衛(wèi)星稱為微衛(wèi)星，10-100公斤的稱為微衛(wèi)星，小于10公斤的稱為納衛(wèi)星。
1957年10月4日，蘇聯(lián)發(fā)射的第一顆人造地球“小型”衛(wèi)星，帶有外置無線電天線，用于廣播無線電脈沖。20世紀(jì)80年代末，出現(xiàn)了一種新的衛(wèi)星模式，即現(xiàn)代小型衛(wèi)星，開辟了新的空間應(yīng)用領(lǐng)域。在過去幾年中，衛(wèi)星工業(yè)開發(fā)了一套綜合的衛(wèi)星子系統(tǒng)和小型衛(wèi)星總線。2012年以前，全球小衛(wèi)星處于技術(shù)積累階段，每年部署數(shù)量在50顆以下；2013-2016年，進(jìn)入業(yè)務(wù)化應(yīng)用階段，每年部署數(shù)量超過100顆。2013至2022年，全球共發(fā)射航天器總質(zhì)量4900t，其中小衛(wèi)星質(zhì)量占比24%。這10年發(fā)射的航天器中，質(zhì)量為201～600kg的微小衛(wèi)星數(shù)量最多，數(shù)量占比48%，質(zhì)量占比22%。2022年，全球共發(fā)射航天器總質(zhì)量991t，其中小衛(wèi)星質(zhì)量占比54%。質(zhì)量為201～600kg 的微小衛(wèi)星數(shù)量最多、總質(zhì)量最高，分別占比70%和51%。
小衛(wèi)星由有效載荷、結(jié)構(gòu)與機(jī)構(gòu)、熱控制、電源、姿態(tài)與軌道控制、測控、數(shù)據(jù)管理等分系統(tǒng)組成，具有先進(jìn)、快速、低廉、可靠的特點，可用于災(zāi)害監(jiān)測、熱帶氣旋全球?qū)Ш?、追蹤船只、監(jiān)測天氣、大氣層監(jiān)測研究、地球觀測、船舶追蹤、通信、氣象、探測熱帶氣旋等。
發(fā)展歷程
1957年10月4日，蘇聯(lián)發(fā)射的第一顆人造地球“小型”衛(wèi)星，帶有外置無線電天線，用于廣播無線電脈沖。它是一個直徑58厘米、重83千克的拋光金屬球體，配有1瓦發(fā)射機(jī)，頻率為20.005和40.002 MHz。對無線電信號的分析被用來收集電離層電子密度的信息。中國于1970年4月24日成功發(fā)射的第一顆衛(wèi)星“東方紅一號”，重量為173千克，是中國第一顆簡單小衛(wèi)星。一年后，1971年3月又發(fā)射了第二顆簡單小衛(wèi)星“實踐一號衛(wèi)星”，重量為221千克，這顆小衛(wèi)星在太空中成功運行了8年，取得了大量的科學(xué)研究數(shù)據(jù)。
20世紀(jì)80年代末，出現(xiàn)了一種新的衛(wèi)星模式，即現(xiàn)代小型衛(wèi)星，開辟了新的空間應(yīng)用領(lǐng)域。利用子系統(tǒng)方法確定了影響小型、低成本衛(wèi)星總線設(shè)計的主要設(shè)計問題和限制因素。關(guān)鍵的設(shè)計領(lǐng)域包括改進(jìn)電池技術(shù)和開發(fā)可展開的太陽能電池陣列、姿態(tài)控制組件、星載數(shù)據(jù)處理/存儲和地面站數(shù)據(jù)采集設(shè)備。
1990年中國發(fā)射風(fēng)云一號氣象衛(wèi)星的同時，又搭載發(fā)射了兩顆小衛(wèi)星。1994年2月，中國運用成熟技術(shù)，以較快速度研制發(fā)射了“實踐四號”小衛(wèi)星，這顆重396千克的衛(wèi)星，由“長征三號”火箭搭載發(fā)射，衛(wèi)星在軌道上進(jìn)行了空間幅照環(huán)境探測與研究，并進(jìn)行了砷化鎵太陽電池和鎳氫電池等試驗，取得了令人鼓舞的成果。1996年，中國空間技術(shù)研究院運用現(xiàn)代管理方法，僅用了不到兩年時間，就完成了“實踐五號”現(xiàn)代小衛(wèi)星工程研制。衛(wèi)星于1999年5月10日在太原衛(wèi)星發(fā)射中心搭載發(fā)射升空。
2012年以前，全球小衛(wèi)星處于技術(shù)積累階段，每年部署數(shù)量在50顆以下；2013-2016年，進(jìn)入業(yè)務(wù)化應(yīng)用階段，每年部署數(shù)量超過100顆。2013至2022年，全球共發(fā)射航天器總質(zhì)量4900t，其中小衛(wèi)星質(zhì)量占比24%。這10年發(fā)射的航天器中，質(zhì)量為201～600kg的微小衛(wèi)星數(shù)量最多，數(shù)量占比48%，質(zhì)量占比22%。
2022年，全球共發(fā)射航天器總質(zhì)量991t，其中小衛(wèi)星質(zhì)量占比54%。質(zhì)量為201～600kg 的微小衛(wèi)星數(shù)量最多、總質(zhì)量最高，分別占比70%和51%，其中包括“星鏈”（Starlink）衛(wèi)星；超重型衛(wèi)星數(shù)量占比1%，質(zhì)量占比23%。
發(fā)展趨勢
小衛(wèi)星的主要發(fā)展趨勢是：①采用單板衛(wèi)星、片上系統(tǒng)、功能集成等新設(shè)計思想，提高小衛(wèi)星系統(tǒng)設(shè)計水平；②應(yīng)用超輕型材料、多功能結(jié)構(gòu)、超輕型高效電源系統(tǒng)、納米級的微機(jī)電系統(tǒng)、新型電子器件封裝技術(shù)，提升小衛(wèi)星技術(shù)水平；③發(fā)展編隊飛行技術(shù)、高精度目標(biāo)測量與定位技術(shù)，提升小衛(wèi)星體系水平；④發(fā)展星載光學(xué)遙感器、微波遙感器、微波通信有效載荷的微小型化技術(shù)，拓展應(yīng)用領(lǐng)域；⑤采用批量化和流水線式的生產(chǎn)制造模式，提高小衛(wèi)星生產(chǎn)效率和質(zhì)量。
分類
小衛(wèi)星（質(zhì)量100-500千克）
通常在100-500千克之間，這類衛(wèi)星一般以經(jīng)濟(jì)效益高的操作任務(wù)為目標(biāo)；這種形式/因素提供了有利的技術(shù)能力，而且成本低，也適合為以星座為基礎(chǔ)的系統(tǒng)進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)。
微衛(wèi)星（質(zhì)量10-100千克）
濕質(zhì)量通常小于100千克；衛(wèi)星的能力(如指向、壽命)可能有所降低，但有效載荷可支持可行的商業(yè)案例。這類衛(wèi)星適合多衛(wèi)星應(yīng)用，以實現(xiàn)高重訪率或提高對用戶的可用性。
納衛(wèi)星（質(zhì)量1-10千克）
這類衛(wèi)星最初是通過“立方體衛(wèi)星”(CubeSat)系列開發(fā)和推廣的，從1U外形(約1升，質(zhì)量約1-1.2千克)開始?，F(xiàn)在，納衛(wèi)星通過增加質(zhì)量和體積，已演進(jìn)到12-20U的外形尺寸，從而擁有更強(qiáng)大的衛(wèi)星能力，允許執(zhí)行更宏大的任務(wù)。
皮衛(wèi)星（質(zhì)量0.1-1千克）
非常小的衛(wèi)星，質(zhì)量在0.1-1千克之間，單個衛(wèi)星的能力非常有限，但可以通過多顆協(xié)作皮衛(wèi)星一起工作的編隊飛行配置來提供有趣的任務(wù)功能，這些衛(wèi)星可能與一顆更大的“母”衛(wèi)星協(xié)作工作。
飛衛(wèi)星（質(zhì)量小于0.1千克）
利用非常先進(jìn)的納米技術(shù)，在過去的十五年中，設(shè)計出了小于100克的超小型衛(wèi)星。這些小型衛(wèi)星大多與提供操作信號的“母”衛(wèi)星配套使用(最近的一些飛衛(wèi)星能夠獨立操作)。
組成
小衛(wèi)星由有效載荷、結(jié)構(gòu)與機(jī)構(gòu)、熱控制、電源、姿態(tài)與軌道控制、測控、數(shù)據(jù)管理等分系統(tǒng)組成。但從微衛(wèi)星開始，一般需要功能整合，以優(yōu)化配置，降低規(guī)模，將功能集成到電路板，甚至芯片。
系統(tǒng)特性
與大型衛(wèi)星系統(tǒng)類似，小型衛(wèi)星系統(tǒng)也主要由空間段和地面段兩部分組成。與大型衛(wèi)星系統(tǒng)相比，小型衛(wèi)星系統(tǒng)的典型特性包括：相當(dāng)短的開發(fā)時間；相對較小的開發(fā)團(tuán)隊；適度的開發(fā)和測試基礎(chǔ)設(shè)施要求；以及開發(fā)商負(fù)擔(dān)得起的開發(fā)和運營成本，即“更快、更便宜、更小”。
業(yè)務(wù)類型
空間操作業(yè)務(wù)
空間操作業(yè)務(wù)是一種專門涉及航天器操作尤其是空間跟蹤、空間遙測和空間遙控的無線電通信業(yè)務(wù)。
業(yè)余衛(wèi)星業(yè)務(wù)
業(yè)余衛(wèi)星業(yè)務(wù)利用地球衛(wèi)星上的空間電臺進(jìn)行自我培訓(xùn)、相互通信和技術(shù)調(diào)查的一種無線電通信業(yè)務(wù)，由業(yè)余愛好者來完成，即由經(jīng)正式授權(quán)的、對無線電技術(shù)感興趣的人來完成，它僅有個人目標(biāo)而無金錢利益。
衛(wèi)星地球探測業(yè)務(wù)
衛(wèi)星地球探測業(yè)務(wù)是指地球站與一個或多個空間電臺之間的一種無線電通信業(yè)務(wù)，其中可能包括空間電臺之間的鏈路。衛(wèi)星地球探測系統(tǒng)被用來收集關(guān)于地球及其自然現(xiàn)象的數(shù)據(jù)。這些衛(wèi)星使用航天器上的有源和或無源傳感器來獲取關(guān)于地球的陸地、海洋和大氣層的數(shù)據(jù)，以研究和監(jiān)測地球的氣候和環(huán)境，以 及許多其他相關(guān)的科學(xué)應(yīng)用。
衛(wèi)星氣象業(yè)務(wù)
衛(wèi)星氣象業(yè)務(wù)被定義為“用于氣象目的的衛(wèi)星地球探測業(yè)務(wù)”，氣象衛(wèi)星通常利用可見光和紅外成像儀以及無源和有源傳感儀器來收集氣象數(shù)據(jù)。氣象衛(wèi)星通常利用可見光和紅外成像儀以及無源和有源傳感儀器來收集氣象數(shù)據(jù)
空間研究業(yè)務(wù)
空間研究業(yè)務(wù)被定義為將航天器或空間中其他物體用于科學(xué)或技術(shù)研究目的的無線電通信業(yè)務(wù)?？臻g研究業(yè)務(wù)通常針對空間科學(xué)衛(wèi)星和應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)、有效載荷的關(guān)鍵技術(shù)、地面校準(zhǔn)以及短期飛行演示驗證。
衛(wèi)星固定業(yè)務(wù)和移動業(yè)務(wù)
衛(wèi)星固定業(yè)務(wù)被定義為當(dāng)使用一顆或多顆衛(wèi)星時，在給定位置上地球站之間的無線電通信業(yè)務(wù)。衛(wèi)星移動業(yè)務(wù)被定義為移動地球站與一個或多個空間電臺之間的無線電通信業(yè)務(wù)，或者該業(yè)務(wù)所用空間電臺之間的無線電通信業(yè)務(wù)，或者借助于一個或多個空間電臺的移動地球站之間的無線電通信業(yè)務(wù)。
其他業(yè)務(wù)
新一代小型衛(wèi)星正在開始創(chuàng)造對未來新業(yè)務(wù)和頻譜的需求，主要圍繞在軌服務(wù)的發(fā)展。這包括負(fù)責(zé)改變軌道、追蹤、會合、檢查、捕獲、操縱和釋放或回收/報廢客戶衛(wèi)星的衛(wèi)星，以便支持碎片清除業(yè)務(wù)、壽命延長業(yè)務(wù)、燃料加注、維修與升級、組裝等。
任務(wù)類型
科學(xué)任務(wù)
與空間科學(xué)研究衛(wèi)星相關(guān)的科學(xué)任務(wù)涉及天體物理學(xué)、日光層物理學(xué)、行星科學(xué)、空間地球科學(xué)、空間天文學(xué)、空間生命以及其他探索和研究領(lǐng)域的研究工作。科學(xué)任務(wù)不僅包括發(fā)射到軌道上進(jìn)行探測的衛(wèi)星，還包括一些空間科學(xué)任務(wù)和有效載荷的高級研究，目標(biāo)是對未來空間科學(xué)衛(wèi)星和應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)開展高級研究，包括未來空間科學(xué)任務(wù)的創(chuàng)新概念、有效載荷的關(guān)鍵技術(shù)、地面校準(zhǔn)以及短時間飛行演示驗證等。將小型衛(wèi)星作為常規(guī)衛(wèi)星替代解決方案的強(qiáng)大動力來自科學(xué)界本身，因為基于此類小型衛(wèi)星的任務(wù)被視為更容易獲得作為任務(wù)“首席研究員”的機(jī)會，因為在相同的總預(yù)算下，可以開發(fā)和操作更多的任務(wù)；可以顯著減少開發(fā)、建造和發(fā)射任務(wù)的時間。與大型衛(wèi)星相比，更多的小型衛(wèi)星有可能在潛在的較低有效載荷性能與較高的時間分辨率之間取得平衡。小衛(wèi)星編隊集群能力對于一些需要大的觀測基線或大的（但稀疏的）合成“瞳孔”的任務(wù)來說可能是一個好的促進(jìn)因素。
教育任務(wù)
用于教育任務(wù)的小型衛(wèi)星為學(xué)生或其他平民提供了學(xué)習(xí)和研究衛(wèi)星技術(shù)、衛(wèi)星應(yīng)用以及地球物理學(xué)、空間物理學(xué)和天文學(xué)等主題的機(jī)會。此外，用于教育任務(wù)的小型衛(wèi)星可以向公眾展示科學(xué)和技術(shù)知識、展示航空航天和無線電通信技術(shù)的非凡魅力，并鼓勵公眾研究科學(xué)和探索未知。這種小型衛(wèi)星系統(tǒng)的擁有者和運營商大多數(shù)時候是學(xué)校、大學(xué)和其他教育機(jī)構(gòu)、火腿電臺組織和愛好者。如地球圖像任務(wù)、低數(shù)據(jù)速率通信任務(wù)、射頻情報任務(wù)等
業(yè)余衛(wèi)星任務(wù)
業(yè)余衛(wèi)星任務(wù)使用衛(wèi)星“自我訓(xùn)練和通信”，沒有金錢利益，可被分為三大類：允許雙向通信的業(yè)余任務(wù)，包括轉(zhuǎn)發(fā)器和中繼器等；可能為未來的業(yè)余任務(wù)提供有用技術(shù)的業(yè)務(wù)任務(wù)；業(yè)余愛好者感興趣的業(yè)余教育任務(wù)，不一定涉及雙向交流，讓學(xué)生接觸科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)（STEM）項目，目的是鼓勵這些學(xué)生進(jìn)入STEM主題的職業(yè)生涯。
商業(yè)任務(wù)
隨著立方體衛(wèi)星標(biāo)準(zhǔn)的出現(xiàn)，一些初創(chuàng)公司和小公司已經(jīng)開始利用納衛(wèi)星概念富有吸引力的低成本優(yōu)勢，來為與其有限的容量相兼容的應(yīng)用開發(fā)商業(yè)業(yè)務(wù)，同時盡可能利用星座維度的優(yōu)勢。如地球圖像任務(wù)、低數(shù)據(jù)速率通信任務(wù)、射頻情報任務(wù)等
基于月球、星際或深空任務(wù)
向比月球更遠(yuǎn)的天體發(fā)射探測器需要巨大的能量，因此使用小型衛(wèi)星進(jìn)行深空探測是一種經(jīng)濟(jì)的選擇。小型衛(wèi)星可以獨立執(zhí)行深空探測任務(wù)，也可以與載人飛船、著陸器、火星探測車、返回器等大型探測器合作開展技術(shù)驗證、過程監(jiān)控、遙感、通信支持等相關(guān)任務(wù)。此外，以星座形式與地球進(jìn)行月球通信、導(dǎo)航、月球或深空中繼通信的小型衛(wèi)星正在研究和開發(fā)中。
短期任務(wù)
許多1U至3U立方體衛(wèi)星任務(wù)可被視為短期任務(wù)，因為軌道高度低且缺乏推進(jìn)系統(tǒng)，因此它們中的大多數(shù)壽命不到三年。這種小型衛(wèi)星被用于各種各樣的應(yīng)用，包括遙感、空間氣象研究、高空大氣層研究、天文學(xué)、通信、技術(shù)演示驗證和教育等。
應(yīng)用實例
2018年12月29日，中國成功發(fā)射云海二號衛(wèi)星。該衛(wèi)星是由6顆小衛(wèi)星組成的星座，承擔(dān)大氣掩星探測任務(wù)，可提供探測資料。
2019年6月5日，中國在黃海海域成功完成“一箭七星”海上發(fā)射技術(shù)試驗，其中有兩顆就是用于氣象探測的捕風(fēng)小衛(wèi)星，與美國CYGNSS星座的功能相似。
2020年1月15日，由天津云遙宇航科技有限公司研制的國內(nèi)首個商業(yè)GNSS掩星探測小衛(wèi)星在太原衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空并成功入軌，這一計劃的目標(biāo)是構(gòu)建由80顆小衛(wèi)星組成的全球組網(wǎng)星座。
參考資料 >
國際電信聯(lián)盟發(fā)布《小型衛(wèi)星手冊》.微信公眾平臺.2024-05-29
小衛(wèi)星.中國大百科全書.2024-05-15
“小衛(wèi)星”能為我們干點啥?(內(nèi)含小衛(wèi)星美顏圖).微信公眾平臺.2024-05-16
中國小衛(wèi)星的發(fā)展及應(yīng)用(一).國家航天局.2024-06-15
氣象小衛(wèi)星:拓展天基氣象觀測的新領(lǐng)域.中國氣象局.2024-05-15