微小卫星技术发展和应用前景
现代小卫星技术在对地观测中的应用
１ 引 言 利用 人造 卫 星对 地 观 测 ， 测 量 技 术 、 间 和 ８ ０年代 是 人 造 卫 星迅 速 发 展 的时代 ，０年代 开 始 出现 大 的转 折 点 ， 星 发 展 ９ 卫
内外 市场需求 非常 旺盛 。
传统简单小卫星的基本特点是 ： 重量轻、 体积小、
期， 除前苏 联发射 战术通 信应用 的 １ ６星 和 １ ８ 箭 箭
卫星的出现 ， 使卫星的研制生产由经济 、 技术实力雄 用途单一 。这类卫 星 主要 出现 在 ２ 纪 ８ ０世 ０年代 中
星外 ， 国、 美 欧洲 和 １本则 以科学 实 验 和技术试 验 小 ３
申家双 ， 波 ， 陈 翟京生 ， 勇 凌
（１ 海军海洋测绘研究所 ， ． 天津 ３ ０ ６ ； ．解放军信息工程 大学 测绘学 院， ００ １ ２ 河南 郑州 ４０５ ） ５０ ２
摘要 ： 小卫星因其研发周期短 、 体积小 、 功能强、 使用灵活等特点 ， 近年来其 发展非常迅速 。探讨了现代小卫星
星 的成本 高 、 周期 长 、 术复 杂 、 险大 ， 技术 、 技 风 从 财
力、 物力等各方面极大地限制了中小国家开发卫星
技 术 。以英 国萨瑞 （ｕｒｙ 大 学 为代 表 的一 些 大学 Ｓｒ ） ｅ
和研 究机构 相继提 出并研 制 了多种 小卫 星和微 小卫
每千克 重量所 能提 供 的 卫星 分 系统 性 能来 衡 量 的 。 功能密度 概念 的提 出 ， 为传 统 小 卫 星与 现代 小 卫 也
获取能力 。
航天领域微纳米技术发展前景
Ｚｈ ｎ ｎ ｌ ａ ｇ Ｈｏ ｇ ｉ
Ｚｈ ｎ ｈ ｏ ａ ｇ Ｓ ａ ｗｕ
（ Ｃ ｉａＨ ｗ ｅａｌ ＧБайду номын сангаасｕ Ｂ ｉ ｇ １０ ７ ） ｈｎ ａ ｋ－ｇ ｒ ｐ ｅ ｉ ０ ０４ ｅ ｏ ｊ ｎ
Ａ ｓｒｃ Ｂ ｓ ｏｃｐ ｄｄｖｌｐ ｎ ｏ ｉｒ ｅ ｔ ｍ ｃ ａｉ ｌ ｙｔ （ ＭＳ ｎｄｎ／ － ｈ ｏ ｇ － ｂｔａｔ ａｉ ｃｎ ｅｔ ｎ ｅｅ ｍｅｔ ｆ ｃｏ ｌ ｍ ｅｈ ｃ ｓ ｍ ＭＥ ）ａ ａＯｔ ｎｌ ｙｉ ｉ ｃ ａ ｏ ｍ ｅ ｃ ｎ ａｓ ｅ ｌｅ ｃ ｏ ｓｎ
作 的， 集微 型 机 构 、 型传 感 器 、 型 执 行 器 以及 信 微 微
号 处 理 和控 制 电路 ， 至接 口、 讯 和 电源 等 于一体 直 通
的微 型机 电 系 统 ， 过 微 型 化 、 成 化 来 探 索 新 原 通 集 理 、 功 能 的元 件 和 系统 ， 新 开辟 一 个 新 的科 学技 术 领
域 和产业 ； 们 可 完 成 大 尺 寸 机 电 系 统所 不 能 完 成 它
论 和方 法来 构 建 器件 ， 将 产生 巨大影 响 ： 算速 度 这 计 更快 ， 储 密度 更 高 ， 存 能耗 大 大 减少 ，会 突破 物 理瓶
的任 务 ， 如 ， 例 尖端 尺 寸 为 ５／ｎ的微 型摄 子 可 以 夹 ａ
微 机 电技 术 ， 米技 术 ， 天 ， 卫 星 ， 性技 术 纳 航 微 惯
和发 展 趋 势 ， 出 了我 国发展 该 项技 术应 重视 的主 要 问题 。 提
关键 词
Ｄｅ ｅ ｏ ｍｅ ｔｏ ｖ ｌ ｐ ｎ ｆ ＭＥＭＳ ａ ｄ Ｎａ ｏ ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ｎ Ａｅ ｏ ｐ ｃ ｎ ｎ —ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｉ ｒ ｓ ａ ｅ
Ka频段+HTS卫星系统以及发展前景
072Ka频段HTS卫星系统以及发展前景+ 苏玉良 中海油信息科技有限公司李庆安 休斯网络技术(北京)有限公司一、HTS卫星的基本概念：High Throughput Satellite 卫星（高吞吐量）卫星， 是新一代通信宽带通信卫星的统称，通常情况下，一个HTS卫星具有以下特征：多波束覆盖、对卫星划分频率的重复使用是HTS卫星提高吞吐容量的主要方法，在相同的划分频率范围内，该卫星载荷的吞吐量至少是传统FSS卫星的两倍以上（经常为许多倍），一般为20倍到50倍。
使用Ka频段或者Ku频段，但新的卫星已经不会使用Ku 频段，由于与FSS卫星的轨位协调问题。
（将来使用其他它频段）。
卫星容量覆盖特定的较小地面区域，因此显著增加了下行卫星功率。
采用新一代的宽带卫星通信关口站和终端小站技术，支撑数十万套用户终端的高吞吐量通信需求。
整个卫星地面通信系统对IP应用尤其是宽带IP应用应有全方位的无缝支持。
图1 传统卫星的大波束和HTS卫星的多点波束二、HTS卫星的系统结构：由于现在的宽带通信业务流基本为非对称传输，因此HTS卫星的基础架构也是非对称的，弯管型透明传输的HTS卫星为星型组网结构；星上配置处理和路由子系统的HTS卫星可以支持星状、网状或者树状拓扑结构。
HTS卫星双向链路分为前向链路和回传链路，前向链路将业务数据从关口站传输给用户端，也称为出向信道；回传链路将业务数据从用户端传输回关口站，也称为入向信道。
Ka 频段的天线增益显著增强，因此用户端设备更加小型化。
Ka 频段存在的传播问题，可以用先进的技术体制比如自适应编码调制技术等克服。
HTS卫星系统最重要的参数为系统容量，也划分为前向容量和回传容量，由于要为用户提供更高的下载速率，前向容量应该比回传容量预先设置的更高。
考虑到可用频谱的限制，为有效提高系统容量，HTS卫星通常采用频率重复使用的多点波束覆盖设计，对需要覆盖的区域使用由系列微小六角点阵组成的圆形点波束进行，相邻圆型点波束之间有部分区域重叠交叉，这样的设计将最大限度地利用星体天线的性能，并根本性地改善了卫星空中接口的性能（下行功率和上行灵敏度）、增加系统容量。
微电子技术的应用和前景
微电子技术的应用和前景微电子技术是应用在微观尺度的电子元件制造和设计方面的技术，它可以制造具有微小尺寸、高度集成和高功率、高速度和低功耗的电子元器件。
当前，微电子技术已取代了许多传统的电子技术，在各个领域都有广泛的应用，例如计算机、通讯、医疗、军事、汽车等。
本文将从应用和前景两个方面来介绍微电子技术。
一、微电子技术的应用1.计算机领域微电子技术在计算机领域的应用包括集成电路、微处理器、存储器等。
集成电路是指将数百万、甚至上亿个微小电子元器件集成在一起，以实现芯片级的系统。
各种芯片的设计与制造都离不开微电子技术的支持。
微处理器是计算机的核心，通过微电子技术的缩小设计制造，现在可以做到集成度非常高，性能大大提高。
存储器也是微电子技术的应用之一，它可以制造存储容量大、读写速度快、能耗低的芯片。
这些应用无论是在个人电脑上、手机上、平板电脑上，都对提高计算机的性能和功能有很大帮助。
2.通讯领域微电子技术在通讯领域应用比较广泛，如移动通讯、宽带网络、卫星通讯等。
移动通讯是指通过微电子技术主要实现无线通信，如手机、无线局域网等。
宽带网络也需要高速和大容量的信号传输，也离不开集成电路和微处理器的支持。
卫星通讯也是微电子技术的应用之一，由于卫星的上行信号很微弱，微电子技术的高灵敏度和低噪声设计可以保证信号的传输精度和稳定性。
同时微电子技术的应用也使得卫星设备可以更小、更轻量化。
3.医疗领域微电子技术在医疗领域的应用主要包括实现高精度、高时空分辨率的医疗设备。
微电子技术的应用让各种医疗设备设计和制造更加精细，例如医疗成像、实时监测和治疗等领域都有广泛应用。
例如医学超声成像系统、核磁共振成像、电子探针等医疗设备，都是微电子技术的应用。
微电子技术的应用让医生可以更加准确了解病人的身体结构，更好地进行治疗和手术。
4.汽车领域微电子技术在汽车领域的应用越来越广泛，现在汽车中已经应用了很多微电子技术产品。
例如电动汽车的电池管理系统、自动驾驶技术、车载娱乐系统、轮胎压力监测系统、电子防盗系统等。
InSAR技术在卫星测绘和地质勘探中的应用
InSAR技术在卫星测绘和地质勘探中的应用地质勘探和卫星测绘是两个领域中至关重要的技术。
近年来，随着科学技术的快速发展，InSAR（干涉合成孔径雷达）技术已经成为这两个领域中不可或缺的工具。
InSAR技术通过利用卫星搭载的雷达传感器，可以获取地表的微小变形信息，进而用于导航、测绘以及监测地壳运动等方面。
本文将深入探讨InSAR技术在卫星测绘和地质勘探中的应用。
首先，在卫星测绘领域，InSAR技术可用于地表地貌特征的提取和三维模型的构建。
利用卫星搭载的雷达传感器，InSAR技术可以获取地表微小变形信息，包括地表的海拔高度变化和地表的变形速率等。
通过使用InSAR技术，可以获取高精度的地形数据，实现对地表特征的准确提取和地形模型的构建。
这对于城市规划、土地利用和环境管理等方面具有重要意义。
例如，在城市规划中，InSAR技术可以用于提取建筑物的高度信息，辅助规划人员进行建筑物密度分析和城市布局设计。
其次，在地质勘探领域，InSAR技术也发挥着重要作用。
地质勘探中，了解地壳运动和地表地貌变化对分析地质构造和资源勘探非常重要。
传统的地质勘探方法需要大量人力和物力投入，而且时间周期较长。
然而，利用InSAR技术，可以实时监测地表的微小变形，提供及时的地壳运动信息。
这对于地震活动、地质灾害和地下水资源等的研究具有重要意义。
例如，在地震监测中，InSAR技术可以提供地震活动前、中和后期的地表变形信息，并帮助科学家们预测地震的发生时间和地点。
InSAR技术也可以应用于岩溶地貌和地下水资源勘探。
岩溶地貌是一种与地下水流动紧密相关的地貌类型，了解岩溶地区地表的变形情况有助于分析地下水资源的分布和流动。
利用InSAR技术，可以实时监测地表变形，根据地表变形的特征，推测地下水流动路径和水文地质特征。
这对于地下水资源的保护和合理利用非常重要。
另外，InSAR技术在卫星导航与定位系统（GNSS）中的应用也值得一提。
GNSS系统是一种基于卫星信号的导航和定位系统，如全球定位系统（GPS）。
微小卫星的在轨推进技术[1]
![微小卫星的在轨推进技术[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/414a4bebb8f67c1cfad6b8a0.png)
第 32 卷 第 3 期 火 箭 推 进 Vol.32,№.3 2006年6月 JOURNAL OF ROCKET PROPULSION Jun.2006收稿日期：2005-11-01；修回日期：2005-12-20。
作者简介：吴汉基（1938—），男，研究员，研究领域为电推进技术及微重力科学实验技术。
微小卫星的在轨推进技术吴汉基，蒋远大，张志远，王鲁峰（中国科学院空间科学与应用研究中心，北京 100080）摘 要：简述了微小卫星对在轨推进（控制）技术提出的新要求，分析和比较了几种不同的在轨推进技术，着重介绍了脉冲等离子体推力器的应用和发展情况。
关键词：微小卫星；在轨推进；发动机；脉冲等离子体推力器中图分类号：V434 文献标识码：B 文章编号：(2006)03-0040-05On-board propulsion technologies formicro/minisatellitesWu Hanji, Jiang Yuanda, Zhang Zhiyuan, Wang Lufeng（Center for Space Science and Applied Research, Academia Sinica, Beijing 100080, China ）Abstract ：This paper presents the new requirements of on-board propulsion technology for micro/minisatellites, and compares different types of on-board propulsion technologies. Then the development and application of pulse plasma thruster were described with emphasis.Key words ：micro/minisatellites; on-board propulsion; engine; pulse plasma thruster1 引言微小卫星（10～100kg ）成本低、发射方式快速灵活，更重要的是，多颗不同功能的星可以组成星座或进行编队飞行，实现单个大型卫星无法完成的功能。
卫星遥感技术在地球环境监测和灾害预警中的应用
卫星遥感技术在地球环境监测和灾害预警中的应用随着人类对地球环境和自然灾害的认识逐步增强，监测和预警这两项工作愈发重要。
而卫星遥感技术便是其中一种重要手段，其可以获取大范围、多要素、高精度的遥感数据，可以为环境监测与灾害预警提供可靠的支持。
一、卫星遥感技术的概念及特点地球观测卫星是指用于在地球轨道上的遥感卫星，其通常由卫星平台、载荷及地面站组成。
卫星平台主要负责支撑载荷的工作，载荷则是指安装在卫星上用于探测地球表面信息的仪器装置，包括光学遥感、微波遥感、高光谱遥感等多种形式，其同时具有大面积覆盖、连续监测、多时相观测等特点。
二、卫星遥感技术在地球环境监测中的应用1、土地利用与覆被监测卫星遥感技术可以获取环境中土地利用、土地覆被、植被类型、植被覆盖率等地面信息。
通过遥感数据的获取、处理和分析，可以评估土地覆被变化对生态系统的影响，监测不同自然环境下的土地覆盖状况，为决策者提供土地规划、生态环境保护等方面的决策依据。
2、水资源监测卫星遥感技术可监测水体的面积、体积、水位等水文信息，并可以根据不同的传感器获取水体的温度、色度、化学成分等参数。
通过这些监测，可进行地表水的污染状况特征分析，提供水体管理和利用的数据参考。
3、大气环境监测卫星遥感技术可以监测地球大气颗粒物分布情况、悬浮物、SO2、NO2、CO等污染物质浓度分布情况。
通过对大气环境的监测，可以评估大气环境污染的状态，有利于发布空气质量预测和预警等工作。
三、卫星遥感技术在灾害预警中的应用1、地震预警卫星遥感技术可监测地表变形、地表活动、地表残余应力分布，通过遥感数据分析，可以监测地震迹象，并在最早的时候提供预警，从而实现人员和财产的安全。
2、洪涝灾害预警卫星遥感技术可通过监视洪水扩展状况等因素，提供洪涝灾害预警。
同时，可以利用遥感数据对灾区进行高精度、全面的空中观测，获得周边环境及地物信息，以及交通道路、建筑物等基础设施情况，从而为救援提供依据。
利用卫星进行地震监测和救援
利用卫星进行地震监测和救援地震，这一自然界的巨大力量，常常在瞬间给人类带来沉重的灾难。
为了能够更有效地监测地震，提前预警，以及在地震发生后迅速展开救援工作，科学家们不断探索和创新，其中利用卫星技术成为了一项重要的手段。
卫星在地震监测中发挥着独特的作用。
首先，卫星可以对地球进行大面积、长时间的观测。
通过搭载的各种传感器，如光学传感器、雷达传感器等，卫星能够获取地表的形变、温度等信息。
这些数据对于分析地壳运动、判断地震的潜在风险具有重要意义。
在地震发生前，地壳会发生微小的形变。
虽然这种形变在地面上很难被察觉，但卫星却能够从太空的视角敏锐地捕捉到。
通过对一段时间内卫星数据的对比分析，科学家们可以发现地壳形变的趋势和异常，从而为地震的预测提供有价值的线索。
地震发生时，卫星能够迅速获取灾区的第一手信息。
其快速成像的能力，可以在短时间内对灾区进行大面积的拍摄，为救援指挥中心提供清晰的受灾区域图像。
这有助于救援人员快速了解地震的影响范围、建筑物的破坏程度以及道路的损毁情况，从而制定更加科学合理的救援计划。
卫星通信技术在地震救援中也不可或缺。
当地震导致地面通信设施遭到破坏时，卫星通信可以成为灾区与外界保持联系的重要通道。
救援人员可以通过卫星电话、卫星通信终端等设备与指挥中心进行沟通，及时汇报救援进展和需求，确保救援工作的高效协调。
此外，卫星导航系统在救援中也发挥着关键作用。
救援人员可以依靠卫星导航精准定位自己和受灾群众的位置，从而能够更加快速、准确地到达救援地点，提高救援效率，节省宝贵的时间。
为了更好地利用卫星进行地震监测和救援，各国都在不断加大投入和研发力度。
一方面，提高卫星的观测精度和数据处理能力，以便能够更准确地捕捉到地壳运动的细微变化和地震造成的破坏情况。
另一方面，加强国际间的合作与数据共享，使得全球的卫星资源能够更有效地整合和利用。
然而，利用卫星进行地震监测和救援也面临着一些挑战。
例如，卫星数据的解读和分析需要专业的知识和技术，如何将大量的卫星数据快速转化为有用的信息，对于科研人员和救援人员来说是一个难题。
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★前沿技术
Space International 国际太空 · 2019·6Advanced Technology
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技术发展和应用前景
林来兴 （北京控制工程研究所）
1 概述
近年来，小卫星质量越来越小，发射数量越来
越多。
据统计，小卫星发射数量占全球航天器发射数量约70%，而小于50kg 的微小卫星占小卫星总数约80%，由此可见，小于50kg 的微小卫星已经开始成为发射的主流。
当前，微小卫星星座如雨后春笋涌现，微小卫星应用正处于蓬勃发展阶段。
2 微小卫星科学与技术飞行试验和编队飞行
微小卫星成本低，研制周期短，易获得飞行试
验结果，因此，约有1/3的微小卫星作为科学与技术飞行试验卫星，推动空间技术水平迅速提升。
“纳眼”飞行试验卫星
2012年，美国陆军空间与导弹防御部门提出研制“纳眼”(Nano Eye)飞行试验卫星，要求在300km 轨道高度提供优于0.5m 对地观测分辨率。
“纳眼”卫星成本低于500万美元，包括有效载荷、卫星平台、发射和运行操作费用。
有效载荷包含超轻量望远镜与相机，卫星质量为10kg，贮箱推力系统
为15kg。
卫星目前还处在研制和飞行试验阶段。
加拿大纳型卫星编队飞行
“先进航天试验纳卫星”（CanX-4/5）由加拿大空间局（CSA）资助、多伦多大学研制，两颗卫星前后相隔距离由1000m 调整到500m。
卫星质量为7kg，星上姿态控制系统由三轴磁力器、6个粗精太阳敏感器、3个速率陀螺和3个正交安装的反作用轮等组成，姿态控制精度为1°。
卫星轨道位置由GPS 接收机测量，精度为1m。
星上装有4个冷气推力器，速度增量为14m/s。
2014年，成功实现纳型卫星编队飞行自主控制飞行演示试验，保持编队飞行队形距离从1000m 到500m。
3 微小卫星优越性
21世纪以来，微小卫星得到飞快发展，得益于其以下优越性。
1）微小卫星大量应用于星座，这是最佳工作模式，因为其应用效益好，成本小，研制周期短，进入门坎低，易于吸收商家参加等；
2）微小卫星绝大部分采用市场现成电子商品，
微小卫星
Space International 国际太空·总第486期
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★前沿技术
Space International 国际太空 · 2019·6Advanced Technology
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卫星组成的大型对地观测星座。
每颗卫星质量为37kg，轨道高度500km，覆盖全球。
星座分三期建成，第一期由16颗卫星组成，称为Aleph-1星座，重访时间为2h；第二期由100颗卫星组成，重访时间为15min；第三期由300颗卫星组成，重访时间为5min。
卫星数量与重访时间关系基本上成反比。
Aleph-1星座卫星已经于2017－2018年搭载中国长征-4火箭先后两次成功发射。
该公司计划2019年再发射13颗，预计2023年完成星座建设。
芬兰冰眼公司（ICEYE）于2018年12月成功发射一颗SAR 微型卫星。
该卫星是一颗飞行试验演示卫星，位于500km 高的太阳同步轨道，卫星质量为80kg,分辨率为3m。
冰眼公司计划2019年发射3颗SAR 卫星，最终计划创建由18颗微型卫星组成的SAR 星座，采用超轻型天线，卫星质量有望降到50～60kg，分辨率2～3m。
海运和天气监测
美国斯派尔公司（Spire）研制了由125颗3U 立方体卫星组成的卫星星座，名为“孤猴”（Lemur），用于海运和天气监测。
卫星质量为4kg，轨道高度为611km/696km，倾角为97.8°。
每颗卫星成本约40万～50万美元，整个星座成本约7000万～8000万美元。
“孤猴”卫星左右两侧设有可展开太阳帆板，顶上有4根可展开天线。
星上携带2个有效载
Aleph-1星座卫星示意图
荷：GPS 无线电掩星探测仪和船舶跟踪监测设备。
2015－2018年，“孤猴”卫星已成功发射83颗，预计到2020年全部部署完成。
5 微小卫星应用发展需要解决的问题
微小卫星今后要成为良好应用前景，必须解决
如下问题。
1)开发低价小型运载火箭，以适应当前微小卫星星座发展，因为大部分微小卫星没有推力系统，必须依靠末级火箭设有卫星轨道分配器，并且有轨道机动能力，能把卫星送到需要轨道位置。
2)研制微型推力系统，微小卫星发展到现在近20年历史，不能还处在初期状态，星上应配有推力系统。
技术指标:推力系统质量4～5kg，△V 为 50～60m/s。
3）研制超轻型可展开太阳帆板，提高光电转换效率和电源分系统功能密度集，需要设计太阳帆板具有俯仰角度变化功能，从而产生气动阻力差，用于保持星座位置。
4）开放商业航天市场，吸收民间投资，让微小卫星触手可及，据不完全统计，仅2017年全球民间航天投资有40多亿美元，中国占不到1/10。
通过上述办法，微小卫星将获得更加广泛应用，并且带来巨大的经济效益。
Lemur 卫星。