海洋智能无人系统技术发展历史及全球微小卫星发射情况

第一颗微型卫星是在1957—1969年期间发射的。在1980—1999年期间，从全球各国，包括印度、德国、日本、韩国、沙特阿拉伯、中国、阿尔及利亚和马来西亚，共发射了238颗小型卫星和249颗微型卫星。1999年出版了关于小型卫星工程的特刊。国际宇航科学院（IAA）在德国柏林的DLRBerlin-Adlershof举办了六次关于小型卫星的研讨会。RainerSandau博士为IAA委员会第四研究组编写的“关于具有成本效益的地球观测任务国际研究”。如上所述，系统运行和利用是第一个试图详细说明实现成本效益问题的类型地球观测（EO）任务。它由一群在空间发展计划方面具有多年经验的专家编写，其重点是小型卫星任务。发达国家和发展中国家正在为EO计划开展这项任务。第21届AIAA／USU小卫星会议侧重于任务和基础任务使能技术，这些技术使其成为具有独特能力的平台，无论是单独还是星座。2007年11月13日至16日在马来西亚吉隆坡举行了一次关于遥感应用地球观测小型卫星国际讲习班。Kramer和Cracknell就Kramer博士在该研讨会上的演讲，对遥感中的小型卫星作了进一步的概述。

自2009年起，微小卫星发射数量逐年递增，2009年全球仅有26颗微小卫星发射，而到了2013年这一数字飙升至92颗，且其中80%以上是立方体卫星，总计12次小卫星发射任务。2014年，发射数量依然大幅增长，微小卫星的发射数量增长到158颗，占据了2014年所有发射设备总量的61.8%，总计14次小卫星发射任务，78%以上是立方体卫星，同比前一年增长了72%。2015年，微小卫星的发射数量为149颗，占据了全年所有发射设备总量的63.14%。到2016年，微小卫星占比量有所下降，降为57.89%，其中纳卫星78颗，微型卫星23颗，小型卫星20颗。2017年，全球共有424颗卫星投入应用，微小卫星数量为313颗，占到了其中的70.6%。近20年微小卫星的发射情况如图15.1所示。

从所属国家看，美国在发射微小卫星的项目上长期处于领先，以纳卫星为例，美国的发射总量居于首位，占所有纳卫星发射总量的58.6%。位于次席的欧洲，占到全部纳卫星发射总量的24.6%，为美国的一半左右。紧接着是中国和日本，并列第三，均占据纳卫星发射总量的2.6%左右，与美国还是有一定的差距。SpaceWorks商业咨询公司通过统计已发射的和计划中发射的微小卫星，预测在2015—2020年间将会有1 860～2 610颗微小卫星的增加。各地区发射占比情况如图15.2所示。

图15.1　全球近20年微小卫星发射情况

图15.2　微小卫星发射各地区比例情况

近年来，“更快，更好，更便宜”已成为美国国家航空航天局（National Aeronautics and Space Administration，NASA）未来任务的座右铭。美国宇航局地球科学企业（ESE）的目标是发展对地球系统、自然和人为变化响应的科学认识，以便改善对当代和后代的气候，自然灾害的预测。ESE有一个点到点的战略，以确保从其研究计划中获得的信息，理解和能力最大限度地发挥科学和决策社区的作用。自20世纪60年代美国宇航局地球观测计划实施以来，小型卫星一直是满足研究战略的关键因素。在过去的十年中，除了管理创新之外，NASA的ESE重新强调了小型卫星，这一强调反映了紧凑型传感器，小型卫星总线和运载火箭技术的进步。2000年11月在NASAEO-1任务中，SAC-C作为双重有效载荷发射到705 km的太阳同步轨道，阿根廷卫星电视台的主要任务（SACC）是利用五频段地球观测相机（Ousley，2003）。正在研究的多卫星星座包括小型卫星作为关键的建筑元素。研究表明，低成本、有能力的微型飞行器以及紧凑型传感器和增强的自主性是实现长期NASA地球科学愿景（ESV）所需的传感器网和相关分布式航天器基础设施的技术推动者。

SkySat系列卫星是由来自硅谷名为TerraBella公司研制的对地成像小卫星星座，2016年3月该公司被“谷歌”公司收购。Skysat卫星星座目前已发射3颗卫星（SkySat-1、SkySat2、SkySatC1）。SkySat1和SkySat2两颗微小卫星是用于对地观测应用的试验星，两星均为高精度的微纳卫星，捕获图像的分辨率可达到米级，由于该卫星造价并不昂贵，可以将其用于多星星座中，通过对星座获得图像的有效利用，能够得到非常有用的信息并在各个领域发挥出巨大的行业价值。SkySat卫星及概念图如图15.3所示。(www.xing528.com)

图15.3　SkySat卫星

图15.4　Flock1微纳卫星

2014年1月9日，鸽群-1星座立方体卫星从大西洋区域的太空发射台搭载美国的Antares120火箭发射升空，所有卫星均是3U立方星，该星座由美国星球实验室研制。Flock1计划发射100颗卫星构成星座以提供商用的全球观测服务。首期发射的星座（编号为Dove5～32）由28颗3U星组成，卫星的轨道高度400 km，可以对森林砍伐、过度捕捞以及农产品生产等进行监测，分辨率为3～5 m，建立该星座的目的是为地球上的人类提供“任何人，任何地方，任何时候”的信息。随着发射合约的签订，后续又有43颗卫星发射，并且还有超过200颗的微纳卫星计划发射，当所有卫星都发射完成时，Flock1将会成为世界上最大的遥感卫星星座。Flock1微纳卫星如图15.4所示。

CanX项目是加拿大第一个且是目前唯一一个纳米卫星项目，该项目是2001年由多伦多大学Robert E.Zee博士在斯坦福大学和加州理工州立大学启动的CubeSat项目基础上建立的。这个项目的主要目的是要让研究生参与到太空飞行研究的过程中来，为科学研究提供低成本的空间试验环境和对纳米级设备测试的测试环境。该项目包括CanX1、CanX2、CanX3（BRITE）和CanX4&5。CanX1与CanX2分别在2003年6月30日和2008年4月28日发射，其中CanX1是加拿大的第一颗微小卫星和第一个U立方星。CanX2如图15.5所示。

图15.5　CanX-2结构图