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我国航天科技展望,小卫星的前世今生和将来

来源:遥感 时间:2023/1/28
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年12月7日12点12分,瓢虫系列卫星在酒泉卫星发射中心搭载长二丁火箭升空入轨。瓢虫系列由七颗小卫星组成,主星瓢虫一号是一颗百公斤级卫星,其余是6颗立方星。

完成在轨测试后,瓢虫系列将在野生动物保护、野外应急救援、车辆、船舶监测、物流追溯等领域开展卫星物联网系统及验证。

立方星属于微纳卫星的一种。早在年9月20日,长征六号运载火箭就将20颗微纳卫星送入距离地球公里的轨道。

按照我国对于卫星定义的标准,重量为一吨以上的卫星就是普通的卫星,一吨以下的卫星都叫做小卫星。

介于一吨到公斤之间的重量我们就称为中小卫星,公斤到公斤量级的话就是小卫星,公斤到10公斤量级就是微纳卫星,立方星就是一种比较典型的微纳卫星。

我国航天事业在一开始发射微型卫星的目的并不是为了实际的功能,而是为了科学和技术的验证。但是随着航天及卫星技术的发展,我们的航天科技人员在很多小的卫星上也可以实现了越来越强大的功能,小卫星也就逐渐发展起来。

“瓢虫系列”由7颗小卫星组成,主星“瓢虫一号”为百公斤级卫星,其余为3颗6U立方星,3颗3U立方星。

立方星以“U”划分,1U是一个标准单位,一个U指的是一个10厘米×10厘米×10厘米的立方体,六个立方体组合在一起就成为了一个6U的立方星,看起来就像一个立方块儿,因而被称为立方卫星。

立方星看上去虽小,里面却是五脏俱全。不到10厘米的计算机主板可以管理卫星姿态热控和应用载荷等所有星载系统。集成电路只有几十克重,它最大优势就是它成本低。一个大卫星的成本就动辄是上亿,而立方星采用的是标准化的结构,所以它的成本比常规的卫星能够降低几十倍甚至上百倍。

以立方星为代表的微纳卫星可以说是目前人造卫星技术发展的最新科技。经过几十年的发展,人造卫星已经成为我们生活中不可缺少的一部分。无论是通讯卫星、导航卫星或是侦查卫星,主宰着我们日常的无数卫星,可以说是我们当今时代最伟大的科学成就之一。

年10月4日,一枚苏联火箭带着第一颗人造卫星进入了地球上空的轨道。不到足球大的卫星在轨道上呆了三个月,它小小的无线电发射机发出的信号打响了太空竞赛的第一枪。

年4月24日21时35分,以钱学森为首的中国空间技术研究院自行研制的中国第一颗人造地球卫星东方红一号从酒泉卫星发射中心发射。

受限于当时的化学电池寿命有限,所以东方红一号设计的工作寿命只有20天,但他实际在太空中工作了28天。

由于东方红一号卫星的近地点高度较高,到年2月东方红一号还运行在近地点公里的轨道上。

东方红一号卫星是在年4月24号发射的,正因为这是非常重要的一点,我们把它定为中国的航天日。

东方一号卫星是中国的第一个卫星,也是世界上第五个国家能够独立自主的发射的人造卫星。它的主要功能就是在环绕地球以后能够播放东方红乐曲。在当时如果天气晴朗的话,还能在地面看到东方红一号卫星在宇宙中划过天际,这是非常美妙的一幅景象。

早期间谍卫星的运用,促进了卫星的发展。随着冷战的结束,人们不再满足于拍摄图片,而是让卫星飞得更高,从而覆盖到地表尽可能多的区域。随着大型火箭的运载能力越来越强,推力越来越大,人们开始向距离地球更高的轨道进发。

卫星按照轨道高度低轨卫星、中轨卫星和高轨道卫星。

低轨卫星又称为地表卫星,运行于低地球轨道。低轨卫星的速度很高,比地球自转速度要高得多。只有通过这样的速度才能维持它的轨道上。所谓的低轨卫星,就是距地球表面公里到0公里的这个高度。在这个高度上因为距地球比较近,所以能够看得更清楚。我们通常所说的遥感卫星就是工作在这个高度。

距离地球0公里到2万公里的高度是中轨卫星的工作范围,在这个范围内卫星的速度比在低轨的速度要略微慢一些。这个轨道上主要用于导航相关的应用,目前全球现有的四大导航系统基本都运行在地球中轨道。

北斗卫星导航系统是我国自行研制的全球卫星导航系统。是继美国全球定位系统、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统、欧洲伽利略卫星导航系统之后第四个卫星导航系统。0年北斗一号系统创立,年北斗二号系统实现区域组网,提供亚太服务。年12月27日,北斗系统服务范围由区域扩展为全球。

高轨道卫星又称同步轨道卫星或地球静止轨道卫星。当卫星离地球距离越远,受到重力影响就越小,当卫星达到临界点公里时,重力的影响小到卫星既能保持不下落,又能慢到与地球点同步,而这个奇妙临界点的位置就被称为地球同步轨道,在这个轨道上卫星的自转速度和地球自转的速度是一样的。

现在在任何时候,无论白天还是晚上卫星都能发送信息回地面,这就是通讯卫星的诞生。我们地球上的用户把我们的信号发射给卫星,卫星再转发给另外一个接受者,这就是卫星的简单的通信的原理。

第一颗转播电视信号的卫星是年的通讯卫星。他的第一次播送只持续了19分钟,但是短短几年内,一个同步卫星的网络让实时通讯在任何时候任何地方成为了现实。

用途各异的人造卫星给人们的生活带来了许多便利。然而随着科学技术的发展,小小的立方体卫星打破了卫星发展的常规,人们不再追求更高的轨道、更大的体积。未来小型化将是卫星发展的一个重要趋势。

根据美国智库航天工程发布的最新统计图表,仅年超过颗50公斤以下的微纳卫星发射到太空。

年11月19日,美国轨道科学公司发射一枚携带29颗微纳卫星的火箭。30小时后,俄罗斯企业科斯莫特拉斯将32颗微纳卫星送入轨道。年2月15日,印度一箭星,其中颗为微纳卫星。年2月22日,SpaceX的星链计划启动,猎鹰九号火箭将两颗小型试验通信卫星送入轨道。截止到年9月14日,星链计划发射的卫星总数达到了颗,脱离轨道的卫星数量为76颗,目前在轨颗。

因为技术的进步,在某些方面小卫星、微小卫星的性价比是比较高的。比如说对地的低轨道的卫星通信,微纳卫星比大卫星性价比要高一些。

由多个卫星按不同的轨道位置布置而形成的小卫星星座运行可以提高飞行任务的时间、分辨率,乃至实现全球的实时覆盖。

由多颗小卫星保持相对位置编队飞行,并且其观测到的信号可以相干处理,则可以形成虚拟探测卫星,完成大型卫星无法实现的新应用。卫星编队是多个卫星作为一个团队在一起飞行联合执行任务。

随着微电子、微机械、纳米等技术的发展和卫星设计思想的创新,卫星小型化趋势不断加速,微纳卫星性能快速提升,成为小卫星领域发展最为活跃的组成部分。马斯克的星链卫星就是一个最显著的例子。

从年中国第一颗人造卫星发射成功,到今天一箭几十颗微小卫星的发射,人类太空旅程走得越来越快。微小卫星产业的迅速崛起是航天发展的时代所需,它开创了新的航天应用的运营模式,使航天应用不再单纯的是服务于国防及前沿科技探索,同时也更好的服务于大众,融入我们每一个人的生活,使我们的生活更加智能化信息化。

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