▲洞察者-空间信息分析基础平台轨道演示（VLEO=超低轨道）
超低轨卫星的优势
与传统轨道卫星相比超低轨道卫星具有以下优势：
快速到达预定轨道：超低轨道卫星由于轨道高度低，能够快速到达预定轨道并开始工作。较短的运行轨道周期：超低轨道卫星的运行轨道周期短，使得它们经过同一点上空的时间间隔少，更方便地进行地球观测，获得更多的信息。低要求的设备和成本：由于距离地面更近，超低轨道卫星即使使用小型拍摄设备也能观测地表和气象。在高分辨率对地观测时，对搭载的相机或雷达等设备的要求也不高，这显著降低了有效载荷的重量和功耗，使得卫星的研制成本能够降低到传统卫星的三分之一甚至五分之一。避免近地轨道“拥堵”问题：超低轨道卫星避免了近地轨道的“拥堵”问题，不仅降低了卫星相互碰撞的风险，还避免了对高轨卫星感知能力造成的干扰。快速自然陨落：超低轨道卫星的工作寿命耗尽后可以快速自然陨落，不会占用宝贵的轨道资源，相比较高轨道上需要数年甚至数百年才能自然陨落的失效卫星，具有巨大的优势。
超低轨卫星的优势
目前美国、日本、欧洲等国家和地区分别开展了超低轨卫星研究，美国提出了“魔鬼鱼”计划，用于高分观测；日本也于年发射超低轨测试卫星，获得了高分遥感图像和超低轨大气数据，据报道日本后续将开展超低轨光学微波综合遥感星座建设；欧洲航天局于年发射了重力场与稳态洋流探测器，并获取了高精度的重力场测量数据。
超低轨卫星在光学、微波、地球物理场、电离层等方面具有明显应用优势，我国也开展了超低轨卫星的研究，并在年开始构建超低轨通遥一体卫星星座。长期以来超低轨卫星并没有发展起来，主要原因是随着轨道降低，大气密度急剧增大，轨道环境受大气层影响越发明显，大气阻力摄动、高浓度原子氧环境对卫星影响突出，使超低轨卫星的稳定运行极为困难。随着对关键技术的深入研究，特别是电推进技术的长足发展，超低轨卫星的发展逐步从试验验证阶段走向实际应用阶段。
超低轨卫星技术发展历程
从超低轨卫星发展历程看，超低轨卫星发展主要有三个阶段。
第一阶段是20世纪60-90年代初发展的返回式卫星。利用超低轨道距离地面较近的优势，更容易以较小规模光学相机实现较高的图像分辨率。但受当时推进、电子、能源等技术的限制，难以克服大气阻力，这类卫星一般不进行长期的轨道维持，在轨寿命从几天到几十天不等。第二个阶段是利用超低轨道进行高分成像的大型数据传输型卫星。这类卫星一般采用化学推进进行轨道维持，可以实现长期在轨运行，携带大量的化学推进剂，卫星规模一般较大，成本也较高。例如美国锁眼系列后期卫星，一般运行在椭圆轨道，利用近地点在超低轨道的优势，获取高分图像。第三阶段是21世纪以来，随着电推进技术的长足发展，卫星实现了超低轨道的长期运行。利用电推进的高比冲特点卫星携带燃料量大幅下降，卫星规模也相应大幅下降。已成功的案例有欧洲航天局的重力场与稳态洋流探测器(GOCE)，运行在km-km高度，卫星总质量kg，携带40kg的轨道维持氙气燃料，在轨寿命约55个月。日本的超低轨测试卫星(SLATS)，在km以下运行约6个月，卫星总质量kg，携带12kg的轨道维持氙气燃料，最低轨道维持高度为km，利用20kg小型化相机实现了高分辨率，在.5km处分辨率达到0.47m。▲日本超低轨道测试卫星“Tsubame”（imagecredit:JAXA）
▲卫星“Tsubame”在不同高度拍摄迪拜某地图（imagecredit:JAXA）
电推进技术对超低轨卫星的意义
高性能的电推进技术是目前超低轨长寿命飞行的基础。超低轨卫星在诸多方面具有明显优势，但是长期以来超低轨卫星并没有大规模发展起来。主要原因是电推进技术尚不成熟，卫星要在超低轨道长期运行，必须具有轨道维持能力，提供源源不断的冲量，这就需要推进系统具有“大总冲、长寿命”的特点。这两个特点要求卫星低阻力飞行，飞行器要小型化，推进效率要高，也即比冲高。
传统化学推进推力大、比冲小，燃料消耗大、卫星规模大，卫星规模大又导致飞行阻力大，使卫星难以小型化、长寿命。电推进系统推力小比冲高，燃料消耗小，可支持卫星的小型化发展。同时电推进系统推力受流量、电场、磁场等参数控制，可以实现推力的调节，能够支持卫星无拖曳飞行，从而满足重力测量等特殊应用场景。已经过在轨验证的相对成熟的离子电推力器和霍尔电推力器比较，离子电推力器工作寿命较长，比冲较高，但其推功比较小，霍尔电推力器推功比较大，但寿命较短，比冲较低。两种推力器各有特点，可适用于不同的任务需求。所以在明确任务需求的前提下，综合权衡电推进系统的“总冲、比冲、推力范围、功耗、干湿比、推力分辨率、推力调节范围”等参数，以适应卫星在“飞行寿命、飞行高度、飞行精度、整星质量、整星功耗、整星规模”等方面的综合需求。马斯克为了实现低成本，首先采用了当前最先进的全电推进卫星平台，据SpaceX官方数据显示，其二代商用霍尔电推进的效率高达50%，为实现卫星的高功率和低成本提供了可靠支持。▲StarlinkV2mini霍尔电推进羽流图
星图测控在电推进技术上的研究进展
关于电推进技术，中科星图测控技术股份有限公司已经有了较好的技术储备。
电推进摄动力模型：在洞察者-空间信息分析基础平台的精密定轨预报模型中实现了电推进摄动力模型，可满足径向、法向、切向推力模式。电推进定轨算法：在非合作目标的定轨过程中，对于电推进这样的小推力，由于其大小未知、工作时长未知。针对这一情况，星图测控在定轨算法研究中使用了一种经验力求解的方式，在定轨弧段内、较好的吸收了电推力的影响，得到较好的定轨结果。电推力的推力标定：星图测控还掌握了电推力的推力标定技术，并完成代码实现。电推力的推力标定技术利用较长弧段带预设推力值外推，循环式打靶校正，可以精准对电推力进行推力标定，同时也可以使用高精度瞬平转换软件完成推力标定。电推力控制策略：基于高精度瞬根外推，实现使用电推力控制的控制策略及相关参数进行精确计算。▲洞察者-空间信息分析基础平台受力模型界面
星图测控简介
中科星图测控技术股份有限公司成立于年，股票代码：，是专业从事数字太空科技服务的高新技术企业，致力于以数字化手段提升、增强和拓展卫星、火箭等实体进出空间、探索空间、利用空间、开发空间的能力与效益。公司利用空间科学及新一代信息技术，研发并推出了自主可控的数字太空系列产品，面向特种领域、民用领域、商业领域提供航天测控管理、航天工业设计相关的产品销售、技术开发及服务。
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