姚林+李可

摘 要：傳統(tǒng)衛(wèi)星的研制生產(chǎn)多是國(guó)家行為，隨著世界宇航工業(yè)的發(fā)展，越來(lái)越多的企業(yè)或個(gè)人也參與到了衛(wèi)星發(fā)射領(lǐng)域，航天器的發(fā)射、維護(hù)等高額費(fèi)用已成為瓶頸。微小衛(wèi)星的出現(xiàn)恰恰解決了這些難題。在研制過(guò)程中，微小衛(wèi)星憑借其發(fā)射便捷、研制周期短、成本低廉的特點(diǎn)，占據(jù)了越來(lái)越多的市場(chǎng)份額。微小衛(wèi)星釋放機(jī)構(gòu)用于微小衛(wèi)星與母星或運(yùn)載器連接，并最終將微小衛(wèi)星可靠釋放。隨著微小衛(wèi)星市場(chǎng)份額的逐漸增長(zhǎng)，微小衛(wèi)星火工釋放機(jī)構(gòu)將成為一個(gè)潛在的市場(chǎng)增長(zhǎng)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：微小衛(wèi)星；火工釋放機(jī)構(gòu)；市場(chǎng)份額

中圖分類號(hào)：F27

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2017.03.031

1 行業(yè)發(fā)展情況

現(xiàn)行微小衛(wèi)星的劃分方法，一般按重量來(lái)劃分，分為三種：納皮星（小于1kG）、納星（1kG-10kG）、微小衛(wèi)星（10kG-100kG）。微小衛(wèi)星的軌道運(yùn)行范圍大多都在1000公里之內(nèi)。跟一些大衛(wèi)星相比，微小衛(wèi)星有自己獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，發(fā)射便捷、研制周期短、成本低廉，這使得微小衛(wèi)星的發(fā)射可以不局限于國(guó)有大型企業(yè)或具有相當(dāng)實(shí)力的民營(yíng)企業(yè)，甚至一些中小型企業(yè)或個(gè)人也可以自行購(gòu)買微小衛(wèi)星零部件進(jìn)行組裝。從衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)的功能上看，一些大型人造地球衛(wèi)星具有的功能微小衛(wèi)星也能夠?qū)崿F(xiàn)。例如，軍事上可實(shí)現(xiàn)對(duì)地偵查觀測(cè)、衛(wèi)星導(dǎo)航、衛(wèi)星通信、時(shí)間校準(zhǔn)；民用上可實(shí)現(xiàn)資源普查、氣象監(jiān)測(cè)、傳輸電視廣播信號(hào)等。

由于一次可以發(fā)射多顆微小衛(wèi)星組成星群，其覆蓋面相當(dāng)可觀，實(shí)時(shí)性也優(yōu)勢(shì)明顯。根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，預(yù)計(jì)2016年至2020年之間，大約會(huì)有2000顆左右的衛(wèi)星微小衛(wèi)星會(huì)在軌運(yùn)行工作，其市場(chǎng)占有率也會(huì)越來(lái)越高。

2 各國(guó)微小衛(wèi)星市場(chǎng)發(fā)展現(xiàn)狀

近幾年，美國(guó)行星實(shí)驗(yàn)室公司（planet labs）的微小衛(wèi)星發(fā)射量高速發(fā)展，該公司看到了微小衛(wèi)星的發(fā)展?jié)摿?，雄心勃勃的要建立小衛(wèi)星衛(wèi)星群。該公司累計(jì)發(fā)射微型遙感衛(wèi)星已超過(guò)100顆，并已建成了在軌運(yùn)行最大的遙感星群flock-1。這個(gè)遙感星群的優(yōu)勢(shì)在于能夠在1小時(shí)內(nèi)便可實(shí)時(shí)更新衛(wèi)星圖像，而目前大多對(duì)地觀測(cè)的衛(wèi)星拍攝的圖像并不能實(shí)時(shí)更新，有的更新時(shí)間甚至?xí)?年以上。

日本宇宙航空研究開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)（JAXA）和日本IHI公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)研制的小型火箭艾普斯龍一次可以發(fā)射10顆左右的微小衛(wèi)星，該型火箭最初發(fā)射的一次費(fèi)用約在2.6億人民幣。為減少發(fā)射成本，通過(guò)逐步技術(shù)改進(jìn)，預(yù)計(jì)到2017年一次發(fā)射費(fèi)用會(huì)減少到1.5億人民幣。

俄羅斯和烏克蘭兩國(guó)聯(lián)合組建了國(guó)際宇航運(yùn)輸公司。為了整合資本和技術(shù)融合，2002年該公司決定與美國(guó)OSSS公司合作，使用第聶伯火箭發(fā)射小衛(wèi)星星群，一次可以發(fā)射7顆左右的微小衛(wèi)星，發(fā)射費(fèi)用約800萬(wàn)美元，費(fèi)用相當(dāng)?shù)土?/p>

3 微小衛(wèi)星釋放機(jī)構(gòu)發(fā)展前景

3.1 微小衛(wèi)星釋放機(jī)構(gòu)種類

目前，釋放微小衛(wèi)星的方式有兩種，一種是由運(yùn)載火箭先將載有幾顆乃至數(shù)十顆微小衛(wèi)星的部署母星發(fā)射入軌，再由部署母星將微小衛(wèi)星彈射出去；另外一種是釋放機(jī)構(gòu)用于微小衛(wèi)星直接與運(yùn)載器連接，在發(fā)射段為衛(wèi)星提供剛性支撐及鎖定，保證衛(wèi)星的可靠固定；在軌后釋放衛(wèi)星，并提供規(guī)定的分離速度。

微小衛(wèi)星分離機(jī)構(gòu)主要有熱刀技術(shù)、記憶合金、火工釋放機(jī)構(gòu)三種方式。熱刀技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是無(wú)沖擊，缺點(diǎn)是技術(shù)尚不成熟；記憶合金的優(yōu)點(diǎn)是無(wú)污染、無(wú)沖擊，缺點(diǎn)是體積較大；釋放分離機(jī)構(gòu)主要有包帶式分離機(jī)構(gòu)和火工釋放分離機(jī)構(gòu)兩種形式。包帶式分離機(jī)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)是沖擊小、連接強(qiáng)度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是安裝空間要求高，動(dòng)作后有外擴(kuò)；火工釋放分離機(jī)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)成熟、接口形式靈活、易實(shí)現(xiàn)組合化、系列化。由于微小衛(wèi)星體積小，釋放機(jī)構(gòu)既要保證良好的支撐結(jié)構(gòu)、還要提供低沖擊或無(wú)沖擊的解鎖、以及精確速度的分離，必要時(shí)還需提供收納、分離信號(hào)等多項(xiàng)功能，因此火工釋放分離機(jī)構(gòu)將成為目前微小衛(wèi)星較好的選擇。

3.2 微小衛(wèi)星火工釋放機(jī)構(gòu)市場(chǎng)預(yù)測(cè)

微小衛(wèi)星發(fā)射便捷，研制時(shí)間短，既可以與其他衛(wèi)星組批發(fā)射，也可以根據(jù)需求一次發(fā)射多顆，發(fā)射成本較為低廉。每一顆微小衛(wèi)星的固定與解鎖必然要使用釋放機(jī)構(gòu)，因此研制一種平臺(tái)化、通用性、低成本的釋放機(jī)構(gòu)是微小衛(wèi)星應(yīng)用市場(chǎng)的當(dāng)務(wù)之急。

“十二五”期間國(guó)內(nèi)微小衛(wèi)星總的市場(chǎng)需求達(dá)到50余顆，行業(yè)現(xiàn)已形成每年研制出廠15顆微小衛(wèi)星的研發(fā)能力。預(yù)計(jì)“十三五”期間國(guó)內(nèi)微小衛(wèi)星每年研制出廠將達(dá)到20顆，總發(fā)射量在100顆以上。按照每顆微小衛(wèi)星1000萬(wàn)元造價(jià)計(jì)算，火工釋放機(jī)構(gòu)占到造價(jià)的0.5%，市場(chǎng)份額將達(dá)到5000萬(wàn)元，市場(chǎng)潛力巨大。

目前，我國(guó)正值航天事業(yè)的高速發(fā)展階段，由于航天技術(shù)的進(jìn)步，我國(guó)微小衛(wèi)星發(fā)射數(shù)量也不可小視，總體呈上漲趨勢(shì)。同時(shí)，微小衛(wèi)星的壽命較短，一般為2-3年，因此微小衛(wèi)星以新代舊的需求量也會(huì)以較快的速度增長(zhǎng)。

3.3 微小衛(wèi)星火工釋放機(jī)構(gòu)發(fā)展方向

新型釋放機(jī)構(gòu)的研制開(kāi)發(fā)目標(biāo)為推出體積小、重量輕、成本低、可靠性高的釋放機(jī)構(gòu)平臺(tái)產(chǎn)品，供小衛(wèi)星系統(tǒng)選用。

根據(jù)廣泛的調(diào)研，瑞典的RUAG Space公司是一家專業(yè)生產(chǎn)釋放機(jī)構(gòu)的航天企業(yè)，提供各種類型標(biāo)準(zhǔn)衛(wèi)星釋放分離系統(tǒng)。其中該公司提供的一種小衛(wèi)星釋放分離機(jī)構(gòu)如圖2所示。該結(jié)構(gòu)提供三點(diǎn)連接固定、三點(diǎn)分離解鎖，利用一發(fā)火工切割器執(zhí)行解鎖動(dòng)作。該機(jī)構(gòu)產(chǎn)品包括PAS175和PAS400兩種型號(hào)，能夠?yàn)?0kG-100kG不同重量微小衛(wèi)星所使用。該產(chǎn)品至2011年12月已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了460次的在軌分離，成功率100%。該結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的連接、可靠的解鎖，以及低廉的成本。

RUAG公司的釋放機(jī)構(gòu)為我所開(kāi)發(fā)平臺(tái)化釋放機(jī)構(gòu)提供了很好的思路，利用三點(diǎn)連接、三點(diǎn)分離，同時(shí)減少火工裝置的使用數(shù)量。

目前微小衛(wèi)星火工釋放機(jī)構(gòu)的發(fā)展方向是衛(wèi)星平臺(tái)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形式相同，根據(jù)不同重量的衛(wèi)星的釋放要求提供不同規(guī)格產(chǎn)品?？梢员ＷC技術(shù)的成熟性和延續(xù)性，降低產(chǎn)品的研制風(fēng)險(xiǎn)和重復(fù)驗(yàn)證數(shù)量。所有平臺(tái)產(chǎn)品使用相同火工裝置實(shí)施解鎖動(dòng)作，盡量實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)零部件、標(biāo)準(zhǔn)件的通用化、標(biāo)準(zhǔn)化，從而降低生產(chǎn)成本。平臺(tái)產(chǎn)品應(yīng)做到批量生產(chǎn)、批量加工，作為貨架產(chǎn)品推向市場(chǎng)。

4 結(jié)論

微小衛(wèi)星的成功使用在航天領(lǐng)域引發(fā)了一場(chǎng)技術(shù)革命，由于在通信、遙感、偵查等各方面發(fā)揮的重要作用，越來(lái)越多的微小衛(wèi)星將被發(fā)射升空。由于其低成本、研制周期短等特點(diǎn)，適應(yīng)不同重量衛(wèi)星釋放要求的平臺(tái)化、系列化的火工釋放機(jī)構(gòu)將是未來(lái)微小衛(wèi)星分離方式的一種發(fā)展方向。

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