现代小卫星的发展及轨道垃圾问题

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1、第28卷第4期航天器环境工程2011年8月SPACECRAFTENVIRONMENTENGINEERn、『G307现代小卫星的发展及轨道垃圾问题林来兴(北京控制工程研究所，北京100190)摘要：文章首先综述半个多世纪以来传统和现代小卫星的技术发展，特别是现代小卫星在对地观测、通信导航、空间技术实验与演示、深空探测、军事等方面的应用取得很多成就，尤其是对地观测高分辨率成像系统取得了突破性技术成就；其次讨论小卫星所产生的轨道垃圾及其影响和处理；最后提出未来小卫星技术发展十个原则，对未来小卫星的应用作了展望。关键词：小卫星；卫星应用；

2、轨道垃圾；发展趋势；综述中图分类号：V520．7：V474．2；V525文献标识码：A文章编号：1673-1379(2011)04-0307-06DoI：10．39690．issn．1673．1379．2011．04．001O引言工程技术和科学、艺术一样，其发展的最终目标是追求简化和完善。现代小卫星出现，说明空间技术正沿着这条规律向前发展。由于现代小卫星具有重量轻、成本低、体积小、性能高、机动性好、研制周期短以及应用方面采用分布式空间系统等一系列的优点，人们预测小卫星发展将引起空间技术和应用的一场重大变革。这个重大变革现在已出现在

3、对地观测高分辨率成像系统，但同时也带来某些问题，如造成轨道垃圾快速增加。本文将简要地对小卫星的过去、现在和将来进行综述和分析，并且重点讨论小卫星对轨道垃圾的影响和处理问题。1小卫星的历史从1957年原苏联发射世界上第一颗质量为83．6kg的小卫星起，小卫星发展至今已有50多年。根据统计，在1957～2007年间，全世界共发射了860多颗微型卫星，680多颗纳卫星，加上40颗皮卫星【l翻，三项总共约为l580多颗，约占同时期全世界航天器总发射量的26％。当然小卫星还包括其他的小型卫星(一般在500kg以下，最大不超过1000kg)。

4、全世界发射具有不同技术水平的小卫星估计在2000颗左右，约占同时期世界航天器总发射量的1／3。根据近半个世纪小卫星的技术发展和应用概况，可以将小卫星分为两类[31：第一类是1957年左右至20世纪80年代末期的传统小卫星；第二类是20世纪80年代末期至今的现代小卫星。这两类小卫星之间主要差别是设计思想。第一类小卫星受客观条件限制(例如当时运载能力有限、卫星研制缺乏经验)，迫不得已才把卫星做小；第二类则是主观上希望卫星重量轻、成本低、体积小、性能高、研制周期短等，最终要求小卫星技术性能也能像信息技术那样按“摩尔定律”飞速发展【4】。

5、2现代小卫星的发展2．1概况现代小卫星的发展可以分为下列3个阶段：第一阶段为探索研究阶段。大约从20世纪80年代末至20世纪90年代末，小卫星开始用于任务单一、系统简单、运行寿命短的科学试验研究、技术演示、教育等任务。该阶段主要是探索应用高新技术，特别在小卫星中采用微电子技术和高速计算机方面取得成功经验，探讨小卫星扩大应用范围。第二阶段为成熟阶段。小卫星发展成为卫星的一种类型，而且作为大卫星一个重要补充部分。这个阶段大约从20世纪90年代末至2l世纪初。小卫星采用高新技术，真正成为技术性能高、经济成本低、研制周期短的现代小卫星。收

6、稿日期：2011．04．24：修回日期：2011-05．29作者简介：林来兴(1932一)，男，研究员，主要从事航天器控制、小卫星及编队飞行研究。E-mail：laixing_lin@sina．com．航天器环境工程第28卷第三阶段为目前的卫星应用和卫星技术大变革阶段。由于小卫星大量引入高新技术和新设计概念与先进科学管理方法，在商业卫星和市场经济推动下，性价比高的小卫星在技术上和经济上可以取代部分大卫星。但是必须明确指出：大小卫星是互补的，而不是对立竞争。2．2优势现代小卫星优势可以概括如下poJ：1)重量轻，体积小：2)成本低；

7、3)研制周期短(1～2年，甚至几个月)，技术更新快，能够及时应用新技术；4)性能好(功能密度高)；5)快速灵活，机动性好；6)能够提供更多进入空间的机会，特别有利于发展中的国家；7)便于进行教育培训和空间演示试验。2．3分类现代小卫星分类在世界上最典型分类如下：1)小型卫星(Smallsat，500～1000kg)；2)迷你卫星(Minisat，100～500kg)：3)微型卫星(Micro,sat，10～100kg)；4)纳卫星(Nanosat，1～10k窖)；5)皮卫星(Picosat，O．1～1kg)。2．4纳星／立方体星2

8、0世纪纳星虽然也有所发展，在大都停留在简单空间飞行实验，用处很有限。皮星更多是作为一种概念性存在，主要为教学与简单元部件实验，尚无其他用处。到了1999年美国斯坦大学汤姆·肯尼(TomKenny)教授对皮星提出新的设计概念：质量为1kg量级，结构形