| 小卫星时代即将到来 |
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| 杜荣华／编译 jskx 2002-01-26 |
1957年，前苏联发射了第一颗人造地球卫星――Sputnik I(卫星1号)，重约80多公斤，比一个篮球大不了多少。但从那时起，卫星变得越来越重，体积越来越大，而且卫星的结构也日趋复杂。当前，大多数卫星的重量在3-4吨左右。这些巨大的飞行器已不再像Sputnik I那样只会嘟嘟作响。然而，令人感到不解的是，尽管新技术不断推出，但卫星的体积、重量以及价格却并未像许多其它高技术产品那样迅速地得以缩减，到目前为止，为把卫星送人轨道，每公斤的成本仍高达 1万美元左右。
过去的10年间，人们一直希望能够使用价格更便宜的航天设备、更容易地进入太空以及完成更为复杂的太空任务。然而，随着轨道试验和太空应用日趋增多，每年航天飞机和其它航天飞行器的屈指可数的发射计划，使人们很少有机会能够把他们的试验设备及时地送往太空。在军事领域，人们在使用其它卫星的同时，也开始使用小型的自治卫星。例如在军事演习过程中，指挥部门可通过小卫星检阅部队的演习情况、向部队提供相应的服务等，甚至在必要的情况下将其及时摧毁。分析家们预计，随着人们对小卫星的需求越来越迫切，一个新的时代――小卫星时代，或许是个人卫星时代，必将到来。
然而，多次重大尝试的失败挫伤了许多人对小型空间飞行器的极大热情。例如，Motorola公司利用一组低轨道小型卫星进行通信的铱星系统就以失败告终。事实上，迄今为止除了少数应用之外，在通信、遥感、天气预报以及宇宙科学领域，卫星制造商们仍未能推出令人满意的、经济实用的小型卫星。但这在很大程度上与计划、经营不善有关，而不是体积小、价格便宜的小卫星本身存在问题。
目前，人们把重量在500公斤以下的卫星视为小卫星，尽管许多新型的、功能更强的小卫星的重量已不足100公斤。把卫星送人轨道的发射器的开销至少占整个卫星发射计划总开销的 30%-40%，而重量轻将是减少这一开销的重要因素，所以低开销成为小卫星的主要诱人之处。事实上，卫星的有效载荷每减少一公斤，就意味着助推器的推动力可减少一公斤。推动力的减少将导致所需燃料的节省以及卫星发射装置的体积的缩小。因此，那些为通信和广播应用制造卫星的大型商用卫星制造商也在试图减小卫星部件与卫星子系统的尺寸就不足为怪了。
通常，小卫星所使用的大都是市场上可购得的部件以及标准的平台(与汽车制造业所采用的策略相类似)，并可在一个低廉、简单的装配线上加以建造。相比之下，商用通信卫星是一次一颗地以手工的方式精心加以装配的。对于小卫星来说，由于卫星计划的整体开销(包括为发射失败所支付的保险开销)较低，所以用户并不执意使用高质量的部件(这些高质量部件所使用的材料通常都具有严格的质量跟踪)。
这样的制造策略还可使小卫星制造商摆脱制定长期开发计划之苦，相比之下，大型商用卫星制造商通常需要制定10年以上的开发计划。由于小卫星具有较短的生产周期，因此小卫星制造商能够采用最新和价格最便宜的卫星部件。价格在 100万-1500万美元的小卫星，其制造周期通常不足一年。制造商们许诺，不久的将来它们还可推出价格不足100万美元的小卫星。
以一组体积小、价格低的小卫星取代一颗体积大、结构复杂的大卫星，还可减少因发射失败蒙受巨额损失的风险。如果在一个分布式的小卫星网络中，某一两颗卫星出现故障，其它的卫星可分担故障卫星所肩负的工作，直至发射了可以替代这些卫星的新卫星。这一运作方式降低了用户的投资风险，因而也降低了卫星的保险费用。另外，小卫星阵列中多颗卫星之间的协同运作，增强了整个卫星系统可靠性。保险费用的降低，将明显减少整个卫星发射计划的开销，因为在把一颗卫星送人轨道的过程中，保险费用是仅次于发射开销的第二大开销，约占整个卫星发射计划总开销的15%-20%左右。
当前，大量的小卫星主要用于那些高度集中化、低带宽的通信应用。无论是移动的(例如轮船、卡车)还是静止的装置 (例如储料罐、发电站、输油管线或自动售货机)，需要连续加以监视的装置日趋增多，在这一方面，小卫星正发挥着越来越重要的作用。另外，在国土资源以及国家资产的监视方面 (例如在南非)，小卫星也体现出了较高的商业回报。美国弗吉尼亚州的一家空间技术公司，正在通过一个由35颗小卫星组成的网络向人们提供这样一种全球性的追踪服务。其中，每颗卫星仅重40公斤。为了使卫星发射成本最小化以及最大限度地节省与地面通信所需的能量，这些小卫星均运行在低地轨道上。去年，沃尔沃汽车公司使用这一服务扩展了汽车的“呼叫”营救系统，这一系统可使驾驶员在汽车抛锚时得到及时的救助。美国斯坦福大学的专家预计，如果地面设备的价格下降到足够低的程度，这一类型的服务将可形成一个很大的市场。
这也正是为什么美国弗吉尼亚的AeroAstro空间技术公司希望涉足此类服务的重要原因。 AeroAstro的小卫星系统将由10颗小卫星、一系列可报告汽车所在位置的单向信号发送器以及相应的传感数据(例如温度、压力或引擎速度)组成。其中，信号发送器的体积与一部呼叫机大体相当，价格仅为75美元。整个系统的价格将为6500万美元，所使用的卫星重量在 30-100公斤之间。2001年7月， AeroAstro进行了基于地面的试验：在距Guifpon-Biloxi机场半径50公里的范围内，追踪汽车的停车空间、机场跑道的基础设施、机场车辆以及噪音监视传感器等。
小卫星还降低了用户占有和使用空间系统的开销。当价格下降到数百万美元的水平时，许多资金并不充裕的用户(例如，一个发展中国家的农业部)也将能够使用小卫星系统。另外，当装备了远程感应装置时，小卫星系统还可用于监视一个国家的森林分布、城市污染、农作物生长以及区域性灾难等。目前，许多国家如巴基斯坦、南非、葡萄亚、土耳其以及智利等，都购买了这种小卫星建造技术。
目前，英国的Surrey卫星技术公司也正在建造一个由5颗100公斤重的卫星所构成的小卫星系统，这一系统的建造旨在形成一个可由多个国家共享的所谓“灾难监视卫星系统”。预计，阿尔及利亚、英国、尼日利亚、泰国等将会加入对这一系统的使用。这一系统的总开销为5600万美元，其功能将等价于甚至优于一颗现存的价格在3亿美元左右的大卫星。
欧盟的一个机构也正准备建造一个类似的系统，这一系统将由9颗廉价的小卫星构成，这些小卫星将搭载先进的数据压缩技术，以使发射回地面的信号能够通过当前市场上可以买到的接收设备进行处理。使用这一系统，用户将能够直接接收信息，而不必支付相应的信息处理费用。这将大大加强用户的实时决策能力。
廉价的小卫星系统不仅适用于发展中国家，在发达国家，一个城市甚至一家公司也可使用这些系统。例如，威尼斯希望把 AeroAstro的小卫星用于对水质量的监测。随着价格进一步的下降，个人(例如农场主、房地产开发商以及大学教员)要想拥有他们自己的小卫星将不再是一种梦想。目前，许多制药公司已意识到，在国际太空站的微重力下生长的完美晶体的价格过于昂贵，因而无法实现商业化，然而一旦小卫星每次发射的价格下降到50万美元左右，太空晶体的价格将会大大降低。
据悉，某些小卫星制造商还计划把它们的小卫星系统的有效载荷空间以每单位50美元左右的价格向公众销售，并允许用户把小型的个人纪念品――头发、骨灰或他们喜欢的任何东西送入外层空间。
显然，今后若干年，研制和发射小卫星将有利可图，但目前这一市场尚不十分成熟，许多方面仍需加以改进。AeroAstro公司认为，未来的卫星市场将是一个两极分化的市场，卫星的有效载荷要么变得越来越小，要么变得越来越大，中等规模的卫星将会越来越少。
只有在找到更便宜的发射方法时，小卫星的潜力才能得以充分发挥。近期内，降低发射开销的唯一方法是，让小卫星搭乘那些可把较大的有效载荷送人空间的助推器。当前开发专门运载小卫星的火箭是没有意义的，因为近期能够把一个有效载荷送入轨道的最便宜的火箭价格仍高达 2500万美元，只有火箭的开销下降到这一价格的十分之一时，才有可能成为小卫星的专用助推器。
那么，依赖传统的能够把大型商用有效载荷送人轨道的助推器，是否会因发射计划的限制束缚小卫星的发展呢?或许不会。主张使用小卫星的专家们认为，尽管可把小卫星随时射入轨道的设想变得可行之前还有相当多的工作需要完成，但炮式的连续发射是可能的。
针对所谓“超小型卫星”(即重量不足几公斤的空间飞行器)的试验，目前也正在进行之中。如果一切顺利的话，三年后，制造商将会制定出可行的开发计划。
小卫星制造商对微电机械系统也抱有很高的期望。这些类似硅芯片的设备是借助半导体工业的蚀刻和汽相淀积技术加以制造的，可把一系列感应功能与蚀刻于内部的微控制杆、微开关、微阀门以及微泵结合在一起，是一种能够真正执行机械任务的设备。对微电机械系统的使用，将导致小型射频发射器、微型推进器以及微型发电机的诞生。美国空军研究实验室的专家们指出，这样的设备将会给卫星的设计与建造带来革命性的变化。随着政府机构、公司、大学、社区甚至富有的个人纷纷加入小卫星应用的行列，未来小卫星必将拥有无限风光。
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