□ 林來興

微型衛(wèi)星杰作：“天空衛(wèi)星”與星座

□ 林來興

“天空衛(wèi)星”-1外形結(jié)構(gòu)圖

“天空衛(wèi)星”-3外形結(jié)構(gòu)圖

美國天空盒子公司于2013和2014年分別發(fā)射兩顆微型對地觀測實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“天空衛(wèi)星”（SkySat-1、2），實(shí)驗(yàn)成功后，2016年發(fā)射5顆實(shí)用衛(wèi)星（SkySat-3～7），計(jì)劃在2017年9月發(fā)射6顆衛(wèi)星，最后在2018和2019年發(fā)射13顆，總共24顆衛(wèi)星，組成星座。

該星座具有“兩高兩新一輕一低”六大特點(diǎn)：高空間分辨率，全色分辨率0.8～0.9米，多譜2米；高時(shí)間分辨率，覆蓋全球，對全球任何一個(gè)地區(qū)重訪時(shí)間7～8小時(shí)；新的綠色（無毒）推進(jìn)器，全球首次采用；新的大面陣延時(shí)積分互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體探測器，精度高，成本低，全球首次采用；輕質(zhì)量，目前亞米分辨率衛(wèi)星的質(zhì)量最少都在300千克以上，而“天空衛(wèi)星”僅100多千克；低成本，“天空衛(wèi)星”每顆批生產(chǎn)，成本不超過2000萬美元，整個(gè)星座成本約4億～5億美元，相當(dāng)于一顆大衛(wèi)星的費(fèi)用。

2014年7月14日接收到“天空衛(wèi)星”的信息數(shù)據(jù)經(jīng)處理后得到的美國緬因州班戈城地區(qū)的圖像。圖中顯示的是佩諾布斯科特河

“天空衛(wèi)星”-2衛(wèi)星的首批影像。圖為北愛爾蘭的班格爾地區(qū)圖像

在無塵室中安裝調(diào)試“天空衛(wèi)星”

從實(shí)驗(yàn)到實(shí)用

作為實(shí)驗(yàn)的SkySat-1、2，衛(wèi)星重83千克，箱式結(jié)構(gòu)形狀，收縮狀態(tài)的幾何尺寸60厘米×60厘米×80厘米，衛(wèi)星平均功率120瓦，星上數(shù)據(jù)存儲量768GB，衛(wèi)星設(shè)計(jì)壽命4年。箱式結(jié)構(gòu)底層入軌后展開，朝下設(shè)有拋物線天線直徑47厘米，衛(wèi)星設(shè)計(jì)工作在563千米的太陽同步軌道。

實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星發(fā)射后，接收了很多下傳圖像。根據(jù)對下傳圖像分析和相機(jī)探測器設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)對比，實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星獲得對地觀測地面分辨率全色0.8～0.9米、多譜2米。若與美國“伊科斯”（IKONOS）衛(wèi)星相比，該星全色分辨率為0.82米、多譜3.2米、衛(wèi)星重817千克，SkySat-1、2的分辨率與它相當(dāng)，質(zhì)量僅為它的十分之一。

實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星成功后，公司決定研制正樣衛(wèi)星SkySat-3，并計(jì)劃創(chuàng)建覆蓋全球?qū)Φ赜^測星座。由于增加了綠色無毒推進(jìn)器，SkySat-3的質(zhì)量為120千克。

SkySat-3的幾何尺寸為60厘米×60厘米×95厘米，采用高幀速率互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體面陣探測器，對姿態(tài)穩(wěn)定度的要求低，進(jìn)一步降低了成本。有效載荷（相機(jī)）為來復(fù)式掃描。由三個(gè)相機(jī)拼接在600千米軌道高度實(shí)現(xiàn)8千米的成像幅寬。

2016年9月，SkySat4～7搭載“維加”火箭發(fā)射升空，入軌后，4顆衛(wèi)星從火箭上面級分別先后彈出。

“天空衛(wèi)星”最終將由24顆衛(wèi)星組成星座，由4個(gè)軌道平面或者6個(gè)軌道平面，每個(gè)軌道平面由4顆或6顆均勻分布。星座對全球覆蓋，對全球任何地區(qū)可以達(dá)到每隔7～8小時(shí)重訪一次。對全球覆蓋亞米精度衛(wèi)星尚屬首次?！疤炜招l(wèi)星”星座工作在500千米太陽同步軌道，衛(wèi)星設(shè)計(jì)壽命6年。為了維持星座軌道位置和建立初始星座軌道，星座需要推進(jìn)器，很多微型衛(wèi)星都無此設(shè)備?！疤炜招l(wèi)星”設(shè)有高性能綠色推進(jìn)器，無毒無污染，全球首次在軌使用。

未來發(fā)展

天空盒子公司作為遙感信息提供商，創(chuàng)造一套應(yīng)用軟件和相應(yīng)硬件，實(shí)現(xiàn)從衛(wèi)星獲取信息，經(jīng)過傳輸?shù)降孛嬲疽约爸苯庸┙o用戶“一條龍” 快速傳遞模式，接近工人智能的功能，也是“天空衛(wèi)星”星座軟件一個(gè)新的應(yīng)用特點(diǎn)。

在此基礎(chǔ)上，星座獲得信息應(yīng)用價(jià)值很大，亞米空間分辨率，可以滿足全球幾乎全部民用和部分軍用。

“天空衛(wèi)星”星座將來發(fā)展有三個(gè)方面：

一是增加衛(wèi)星發(fā)射數(shù)量，提高時(shí)間分辨率。如果將重訪時(shí)間從7～8小時(shí)提高到3～4小時(shí)，這需要增加一倍衛(wèi)星數(shù)量，費(fèi)用相當(dāng)于多發(fā)射一顆大衛(wèi)星。如果需要，這完全可能，不存在任何困難。

二是提高空間分辨率。例如提高到全色分辨率0.5米左右、多譜分辨率不變，相當(dāng)于美國2009年發(fā)射的“世界觀測”-2（World View-2）衛(wèi)星，重2噸、全色0.46米、多譜2米。在已有的基礎(chǔ)條件下，“天空衛(wèi)星”需要適當(dāng)改造，如增加焦距、縮短像元尺寸、加大衛(wèi)星構(gòu)形長度等。為此衛(wèi)星質(zhì)量可能增加到200千克～250千克。這些技術(shù)上的問題，目前完全可以解決。

三是增加發(fā)射亞米分辨率微波雷達(dá)衛(wèi)星，形成光學(xué)與微波混合對地觀測星座，可以實(shí)現(xiàn)全天時(shí)全天候?qū)Φ赜^測衛(wèi)星星座。目前亞米分辨率微波雷達(dá)衛(wèi)星已經(jīng)有不少成功發(fā)射上天，衛(wèi)星質(zhì)量約在250千克～300千克。