微小卫星最近十年来的发展带来了很多改变,这些改变在诸多方面重塑了我们对于卫星和航天的理解。数以百计的微小卫星进入太空,更多人群得以通过微小卫星降低的航天门槛一窥太空探索之瑰丽面容。虽然怀着不同的目的,却同样将微小卫星这项事业炒得火热。
什么是微小卫星
既然要说道说道微小卫星,首先就要说说什么样的卫星叫做微小卫星。由于对于微小卫星的划分有很多,这里选取了相对获得大多数人认可的,以重量来划分的方式:
小卫星:100-500kg
微卫星:10-100kg
纳卫星:1-10kg
皮卫星:小于1kg
我们可以看到大卫星和小卫星在体量上的巨大差别,绝大多数的小卫星都比一个成年人个头要小,纳卫星和皮卫星更是和我们的手机、水杯的大小无异。
那么为什么卫星之间的大小差别会这么大呢?这个我们还要从最早的人造卫星说起。人类对于太空探索的梦想实际从洪荒时代就有了,回想一下《2001太空漫游》中的黑石碑,跨越万年的梦想突然从20世纪开始爆发。19世纪的儒勒·凡尔纳等人的科幻小说已经开始很认真地用科学知识推演太空探索的方法,之后突然间有了齐奥尔科夫斯基、戈达德、奥伯特,于是航天大幕揭开。人类开始了空间探索。
当人们有了火箭,把什么送进太空就是一个需要考虑的问题,例如宣告自己存在最好的方法就是发出声音,于是有了第一颗人造卫星Sputnik 1。
任务简单,Sputnik 1的重量只有84千克。美国的第一颗卫星Explorer 1也只有13.97千克。所以我们看到最初的卫星就是微小卫星。
卫星为何越造越大
首先是对卫星应用需求的提升。简单地说,就是卫星任务变复杂了。随着太空探索的大幕拉开,人们发现发射卫星并不仅仅有炫耀国力的好处。卫星在广阔的空间内高速飞行,为侦察、通信、国土资源调查、科学研究等等活动开拓出了一个新的疆域,于是为了实现这些应用,卫星系统的设计也就越来越复杂。同时,随着对空间环境恶劣性的了解,针对辐射环境、热环境的应对系统设计也使得卫星添加了很多重量。
如今的卫星已经具备了非常强大的能力。通信卫星实现了几百个G的系统容量;遥感卫星实现了分米级别的分辨率和米级的定位精度,造出了数米口径的太空望远镜。这些复杂的系统花费了高昂的制造经费,也就要花掉更多的经费来保证这些花费的可靠,容忍失败的空间一缩再缩。
如此,这些大家伙的研制周期越来越久,慢慢地空间的技术不再是引领的技术,很多地面的技术开始超过甚至远远甩开太空的技术。铱星前期的失败就是例证,过时的空中接口技术没有追赶上地面移动通信技术的快速发展。
快速的技术迭代
正是由于大卫星存在大大的难处,微小卫星的春天再次到来。
最近十多年来,微小卫星进入了一个快速的发展期,不但在数量上快速攀升,在应用上也呈现出极其多样的特征。原因很简单,大卫星由于具有复杂性和航天高可靠性的双重要求,使其技术的进步及经济效益受到了限制,于是小卫星迎来了机会。
事实上,绝大多数小卫星的能力都远远低于大卫星。卫星的重量越大,自然可以实现的功能也就越多,但是我们知道航天上重量就是价格,越重的卫星自然成本也就水涨船高。小卫星最大的好处就是其对于风险的包容性,正是由于微小卫星成本较低,所以容忍失败的空间较大,其新技术的探索空间也就更大。
小卫星一直作为技术验证的重要平台,并且随着更小的卫星以及标准的出现(立方星:以10cm见方作为一个单元U的小卫星标准),使得越来越多的人可以进入到太空技术验证的事业中,所以大大促进了技术进步。
发展到今天,很多小卫星不但可以用来技术验证,还能实现实际的应用为制造它们的企业产生利润和价值。
微小卫星再次兴起
显然,今天的小卫星和早期的小卫星相比,能力已经大大增强。小卫星由于研制周期较短,可以实现很快的技术迭代。微电子、材料等领域的新兴先进技术可以快速应用到航天上来,因此卫星个头虽小,用的却都是很前沿的技术,这也是微小卫星的价值所在。
同时伴随着立方星的推广,微小卫星的单机部件生产商也蓬勃发展,可以说在每一个分系统上都实现了较高的技术水平。这就使得微小卫星“麻雀虽小五脏俱全”,不但实现了较为全面的功能,而且各项能力也不弱,达到了较高的功能密度水平。与此同时,实现成本还较低。这些原本应用于技术验证的微小卫星,开始逐步迸发出越来越有前景的应用能力。
例如,利用数百颗3U立方星打造地球扫描仪的Planet公司,他们的“鸽子卫星”体积仅有10×10×30立方厘米,重量只有几公斤,却能实现地面3-5米的遥感影像的获取。由于其制造及发射成本相对低廉,可以批量发射以形成星群,并实现对地球的全方位扫描。这个微小卫星星座实现了每天扫描地球一次,带来了人类空间认知的全面升级。比Planet“鸽子卫星”更大一些的卫星,例如“Skysat卫星”就实现了更高分辨率的成像,以及视频的获取。
由于这些微小卫星的能力越来越强,而且还有很多很多的潜在应用值得挖据,无疑将大大造福于我们人类的生活。
星多力量大
微小卫星的优势不仅仅是快速的技术迭代,而且还由于较低的制造成本,微小卫星还可以大规模地生产制造,从而形成空间的人(星)海战术,获得更高的空间覆盖,实现更复杂的空间协同。
微小卫星如此火热,源于很多投资机构对于以微小卫星为代表的商业航天的极大关注。很多微小卫星相关的初创公司大量涌现,逐渐开拓出一些非常具有潜力的应用领域。经济效益的获得也使得微小卫星的发展更加顺利。
小有小的难处
微小卫星已经进入一个快速发展的阶段,这个趋势无法阻挡。然而小有小的灵活,小也有小的难处。
当前,不少机构、公司对于微小卫星的特点与应用定位比较明确,但也有很多入局是为了“放卫星”而造卫星,自主的技术少之又少,对于应用的定位不清楚,卫星上了天,拿了一两次数据就宣告大功告成。
其实定位虽然各有不同,本质却是非常接近的。首先是服务为王。如果微小卫星提供的服务没有人需要,那就是自娱自乐。尤其是微小卫星的发展越来越趋于商业化,商业是无情的,没市场就要被淘汰。定位也就决定了微小卫星产业持续发展的源动力。好在未来越来越多的是个性化、多样化的服务,细分的需求将为许多微小卫星的创业者提供生存的空间。
未来,对于微小卫星产业而言,多大的格局撑起多大的使命。梦想越大,舞台就会越大。看的是能满足多少用户的需求,能满足其哪些层次的需求。我想我国正缺少这样的微小卫星创业公司。
格局大的公司不乏其例,如过去的铱星、现在的OneWeb。这些公司将在很多方面重塑整个微小卫星产业,将丰富微小卫星的应用价值,实现海量部署的卫星;将推动相配套的技术发展,使这种发展蔓延至微小卫星的整个上下游。例如,OneWeb在空客图卢兹总部将首先完成10颗试验星的研制,同时研制高度自动化的机器人生产线单元,以及利用人工智能实现对生产流程的优化,然后实现短短几年内生产900颗卫星。虽然能否成为现实需要打上问号,但其自身的格局决定了它不但会在卫星应用,而且会在微小卫星的研发,以及整个产业生态中激发出颠覆性的变革。
总之,以传统思维与手段的入局者或不能随而变之,终难以长久。微小卫星产发展的大势一来,非所取代而是颠覆。所以,称赞与质疑都为时过早,有了时间的考验,弄潮儿挡不住,凑热闹的也长不了,最终站到潮头的人永远都是少数。