□ 林來興

傳統(tǒng)小衛(wèi)星經(jīng)歷將近20多年歷史，技術(shù)水平不斷提高，應(yīng)用向全方位擴(kuò)展。分布式系統(tǒng)是小衛(wèi)星應(yīng)用最大的特點(diǎn)，特別是小衛(wèi)星編隊(duì)飛行更是空間技術(shù)在應(yīng)用領(lǐng)域一個(gè)創(chuàng)舉，也是空間技術(shù)今后一個(gè)重要發(fā)展方向。

高分辨率對(duì)地遙感

小衛(wèi)星在空間遙感方面的應(yīng)用主要是通過小衛(wèi)星獲得地球環(huán)境有關(guān)信息。表示這些信息技術(shù)水平有幾個(gè)指標(biāo)，分別是空間分辨率、時(shí)間分辨率和光譜分辨率等。在軍事、地震、火災(zāi)、水災(zāi)等遙感信息應(yīng)用方面，對(duì)空間分辨率和時(shí)間分辨率都要求特別高，小衛(wèi)星的高分辨率成像系統(tǒng)是對(duì)空間遙感技術(shù)一次顛覆性的成就。

例如以色列研發(fā)的地平線系列偵察小衛(wèi)星非常成功。無論光學(xué)或者微波（合成孔徑雷達(dá)）成像系統(tǒng)分辨率完全達(dá)到當(dāng)前國際水平(0.5米~1米)，而以色列所花費(fèi)用估計(jì)低于美國類似衛(wèi)星近一個(gè)數(shù)量級(jí)，研制周期僅為美國的1/2到1/3。

最近20年來，光學(xué)成像分辨率提升3個(gè)數(shù)量級(jí)（由1千米到1米），分辨率的提高幾乎按“摩爾定律”在發(fā)展。圖1表示英國薩利大學(xué)研制微小衛(wèi)星光學(xué)成像分辨率隨年代提高。圖1中各個(gè)黑點(diǎn)表示某顆衛(wèi)星在那年代所達(dá)到分辨率，紅線表示這些典型衛(wèi)星光學(xué)成像分辨率平均值。圖中綠線表示按“摩爾定律”每隔2年分辨率翻一番。從圖中可以清楚看到：平均值紅線與綠線非常吻合，幾乎沒有什么差別。這說明：在這20年里，這些微小衛(wèi)星的光學(xué)成像分辨率完全按“摩爾定律”在發(fā)展。

北京1號(hào)

圖1 微小衛(wèi)星光學(xué)成像全色分辨率隨年代變化（摩爾定律）1——UoSAT-5，1991年發(fā)射，衛(wèi)星質(zhì)量50千克，全色分辨率1000米；2——POSAT-1，1992年發(fā)射，衛(wèi)星質(zhì)量50千克，全色分辨率200米；3——FASat-B，1998年發(fā)射，衛(wèi)星質(zhì)量55千克，全色分辨率90米；4——Tsinghua-1，2000年發(fā)射，衛(wèi)星質(zhì)量49千克，全色分辨率40米；5——KITSAT-3，2003年發(fā)射，衛(wèi)星質(zhì)量110千克，全色分辨率15米；6——Beijing-1，2005年發(fā)射，衛(wèi)星質(zhì)量160千克，全色分辨率4米；7——RajakSat，2009年發(fā)射，衛(wèi)星質(zhì)量180千克，全色分辨率2.5米。

圖1中的黑點(diǎn)，僅是一個(gè)典型代表，類似微小衛(wèi)星還不少，這里不能全部例舉出來。根據(jù)薩瑞小衛(wèi)星技術(shù)公司（SSTL）預(yù)計(jì)當(dāng)微小衛(wèi)星質(zhì)量增加到200千克，光學(xué)成像全色分辨率可達(dá)到0.5米，時(shí)間大約在2013年以后。

空間通信和導(dǎo)航

利用小衛(wèi)星組成星座實(shí)現(xiàn)全球?qū)崟r(shí)通信和個(gè)人通信，可做到五個(gè)“5W”，即任何人（Whoever）在任何地點(diǎn)（Wherever）和任何時(shí)間（Whenever），可與任何人（Whomever）采用任何方式（Whatever）進(jìn)行通信。

上世紀(jì)90年代全球有十多個(gè)小衛(wèi)星通信星座（例如：銥星、全球星、軌道通信等），在空間成功運(yùn)行十幾年，發(fā)揮巨大作用。進(jìn)入本世紀(jì)以后，這些星座又將繼續(xù)發(fā)射第二代小衛(wèi)星通信星座，每個(gè)星座都由幾十顆小衛(wèi)星組成。它們的經(jīng)濟(jì)成本將進(jìn)一步下降，而技術(shù)性能將更大提高。上世紀(jì)80年代～90年代蘇聯(lián)曾1箭6星～8星，發(fā)射數(shù)據(jù)通信小衛(wèi)星星座，衛(wèi)星重220千克～250千克；同時(shí)，美國在上世紀(jì)90年代發(fā)射軌道通信衛(wèi)星星座（Orbcomm），衛(wèi)星重50千克～60千克?，F(xiàn)在由沙特阿拉伯1箭11星發(fā)射的納星數(shù)據(jù)通信星座（2007年4月17日）所替代，該星座由24顆重12千克的納星組成，現(xiàn)已成功發(fā)射十幾顆，其他納星不久也將發(fā)射。由此可見，衛(wèi)星質(zhì)量比前者減輕一個(gè)數(shù)量級(jí)，比后者減輕一倍以上，同樣成本費(fèi)用也將大量降低。

由現(xiàn)代小衛(wèi)星星座組成空間互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)上述五個(gè)W功能，當(dāng)前尚未完全達(dá)到，主要是經(jīng)濟(jì)因素，目前世界互聯(lián)網(wǎng)都在地面上，經(jīng)費(fèi)成本低，但是對(duì)邊遠(yuǎn)地區(qū)、水災(zāi)或火災(zāi)地區(qū)、戰(zhàn)爭以及地面站受破壞等等來說，空間互聯(lián)網(wǎng)將占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。為此利用小衛(wèi)星組成星座實(shí)現(xiàn)全球?qū)崟r(shí)通信和個(gè)人通信具有巨大潛力。

伽利略導(dǎo)航衛(wèi)星星座

從上到下分別是“戰(zhàn)術(shù)星”1~4

導(dǎo)航衛(wèi)星過去都是采用大衛(wèi)星 ，現(xiàn)在已經(jīng)改為小衛(wèi)星，例如：伽利略導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)采用30顆質(zhì)量為640千克的小衛(wèi)星組成星座。

實(shí)驗(yàn)與演示

美國FASTSAT計(jì)劃中的小衛(wèi)星

到目前為止，在成功發(fā)射的一千多顆現(xiàn)代小衛(wèi)星中，一半以上都承擔(dān)了空間技術(shù)實(shí)驗(yàn)與演示任務(wù)（包括專用空間實(shí)驗(yàn)演示小衛(wèi)星和應(yīng)用小衛(wèi)星具有附帶實(shí)驗(yàn)任務(wù)）。這是因?yàn)?，小衛(wèi)星提供了廉價(jià)、及時(shí)又方便進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的最佳途徑，使許多新技術(shù)、新設(shè)計(jì)思想和新應(yīng)用能夠快速在空間得到驗(yàn)證和應(yīng)用。這也是最近十多年來空間技術(shù)水平迅速提高的重要原因。

深空探測(cè)

由于需要大量經(jīng)費(fèi)和風(fēng)險(xiǎn)太大，深空探測(cè)任務(wù)一度逐年減少。隨著現(xiàn)代小衛(wèi)星的發(fā)展與成熟，深空探測(cè)近年開始活躍起來。美國從1997年以后深空探測(cè)基本都采用小衛(wèi)星。特別是由于小衛(wèi)星可以組成星群、星座和編隊(duì)飛行，許多過去無法想象的項(xiàng)目，現(xiàn)在都可以實(shí)現(xiàn)。令人期待的是，在今后5年~15年期間，將有許多小衛(wèi)星編隊(duì)飛行進(jìn)行史無前例的深空探測(cè)。例如：類地行星探測(cè)（TPF），X射線干涉成像（MAXIM）等。

軍事應(yīng)用

小衛(wèi)星包括小型衛(wèi)星、微星、納星和皮星各種類型，軍事應(yīng)用方興未艾，已成為有效抑制敵方侵犯必不可少的手段。

美國波音公司在2006年世界小衛(wèi)星會(huì)議發(fā)表一篇報(bào)告說：對(duì)軍事安全來說，小衛(wèi)星的現(xiàn)在和將來都將成為美國政府一個(gè)重要財(cái)富。報(bào)告還論證了小衛(wèi)星在軍事上極其重要的用途，特別是空間攻防方面。

由于小衛(wèi)星具有研制周期短、能夠快速響應(yīng)、機(jī)動(dòng)靈活和及時(shí)更換新技術(shù)等優(yōu)點(diǎn)，非常適合軍事應(yīng)用。例如最近美國正在研究快速響應(yīng)空間系統(tǒng)（ORS），基本上采用小衛(wèi)星技術(shù)。該系統(tǒng)目前已成功發(fā)射4顆“戰(zhàn)術(shù)星”小衛(wèi)星，完全滿足軍方提出的“三性”（快速性、全球性、經(jīng)濟(jì)性）要求。