2017年 全球小衛(wèi)星發(fā)展回顧

何慧東 付郁 （北京空間科技信息研究所）

近年來，隨著空間技術(shù)的不斷發(fā)展，小衛(wèi)星因制造和發(fā)射成本低、技術(shù)更新快、便于規(guī)?；圃旌筒渴鸬忍攸c，得到快速發(fā)展，應用領(lǐng)域愈加廣泛，新型市場不斷涌現(xiàn)，已成為“新航天”運動的重要組成部分。根據(jù)聯(lián)合市場研究公司（AMR）2017年《小衛(wèi)星市場報告》預測，到2022年全球500kg以下小衛(wèi)星市場將達71.79億美元，2016-2022年的復合年均增長率達19.8%。

1 2017年全球小衛(wèi)星發(fā)射情況

2017年，全球共發(fā)射500kg以下的小衛(wèi)星3 1 0顆，占同期入軌航天器總數(shù)的7 0.5%。其中，0～10kg衛(wèi)星276顆，10～50kg衛(wèi)星17顆，50～100kg衛(wèi)星4顆，100～500kg衛(wèi)星13顆。從衛(wèi)星發(fā)射數(shù)量上看，繼2015年和2016年連續(xù)2年回落后，2017年小衛(wèi)星發(fā)射數(shù)量翻倍增長，處于歷史最高發(fā)射水平。美國行星公司（Planet）2017年通過3次發(fā)射部署了140顆“鴿群”（Flock）立方體衛(wèi)星，貢獻了10kg以下衛(wèi)星數(shù)量的過半，小衛(wèi)星已成為航天產(chǎn)業(yè)中的重要組成部分。

從衛(wèi)星所屬國家看，美國共成功發(fā)射了221顆小衛(wèi)星，占總數(shù)的71.3%，位居首位，較2016年的66顆增長234.8%。歐洲、中國、俄羅斯、日本和印度分別發(fā)射29顆、16顆、10顆、4顆和3顆，歐洲和俄羅斯小衛(wèi)星數(shù)量較2016年有所增長，中、日、印小衛(wèi)星數(shù)量較2016年有所回落。其他國家和地區(qū)共發(fā)射27顆小衛(wèi)星，較2016年增長92.9%，是2017年的一大亮點，其中10kg以下的納衛(wèi)星共26顆。立方體衛(wèi)星大大降低了航天的準入門檻，參與主體日益增多。

近5年全球成功入軌小衛(wèi)星數(shù)量

2017年各國成功發(fā)射小衛(wèi)星數(shù)量

2017年各應用領(lǐng)域小衛(wèi)星數(shù)量

從小衛(wèi)星應用領(lǐng)域看，對地觀測衛(wèi)星繼續(xù)保持主導地位，2017年共發(fā)射208顆小衛(wèi)星，占比67.1%。通信衛(wèi)星4顆，而2016年僅1顆，未來有望實現(xiàn)更大規(guī)模應用，發(fā)射數(shù)量進一步增長。技術(shù)試驗衛(wèi)星從2016年的40顆大幅增長至2017年的93顆。空間科學衛(wèi)星為5顆。

從小衛(wèi)星資產(chǎn)屬性分布看，2017年發(fā)射的軍用、民用、商用小衛(wèi)星分別為10顆、92顆和208顆，分別占比3%、30%和67%，數(shù)量和占比較2016年出現(xiàn)重大變化。軍用小衛(wèi)星數(shù)量與2016年總體持平，民用衛(wèi)星數(shù)量增長80.4%，商業(yè)衛(wèi)星數(shù)量增長252.5%。小衛(wèi)星業(yè)務應用能力提升，商業(yè)衛(wèi)星已經(jīng)成為小衛(wèi)星的主流。

2017年小衛(wèi)星資產(chǎn)屬性分布

2 2017年小衛(wèi)星領(lǐng)域重要進展

低軌移動通信星座建設加速，lOT/M2M應用火熱

近年來，國外低軌通信衛(wèi)星星座領(lǐng)域發(fā)展如火如荼，目前提出的星座計劃已超過30個，且仍在逐年快速增加，吸引大規(guī)模產(chǎn)業(yè)內(nèi)外融資，系統(tǒng)建設穩(wěn)步開展，且在衛(wèi)星批量研制、快速部署、應用服務等方面顯示出諸多具備顛覆性的特點與趨勢，將極大革新、甚至重塑衛(wèi)星通信行業(yè)的整體格局，對各航天大國來說存在巨大機遇與風險。

“一網(wǎng)”（OneWeb）衛(wèi)星系統(tǒng)進展順利。美國聯(lián)邦通信委員會（FCC）于2017年6月22日投票批準OneWeb星座進入美國市場，一網(wǎng)公司（ONEWEB）將通過720顆低地球軌道（LEO）衛(wèi)星為美國提供Ku和Ka頻段寬帶互聯(lián)網(wǎng)服務。在衛(wèi)星研制方面，一網(wǎng)公司與空客防務與航天公司（ADS）達成合作意向，在圖盧茲衛(wèi)星工廠建設了首條批量生產(chǎn)線，將生產(chǎn)10顆OneWeb衛(wèi)星，驗證批量生產(chǎn)技術(shù)，并計劃2018年年初，將美國佛羅里達州新建的衛(wèi)星工廠投入使用，生產(chǎn)其余衛(wèi)星。目前，圖盧茲衛(wèi)星工廠研制已完成相關(guān)衛(wèi)星部件生產(chǎn)。

美國開普勒通信公司（Kepler）正在發(fā)展全球立方體衛(wèi)星星座，通過建立“太空中的基站信號塔”，提供窄帶通信服務，實現(xiàn)地面及空間中所有物體的互聯(lián)。Kepler公司向聯(lián)邦通信委員會提交了申請材料，計劃在LEO軌道部署140顆Ku頻段納衛(wèi)星，為天基資產(chǎn)構(gòu)建空間通信網(wǎng)絡。目前，Kepler公司從蘇格蘭小衛(wèi)星制造商克萊德航天公司（Clyde Space）訂購了2顆演示驗證衛(wèi)星，計劃1年內(nèi)發(fā)射入軌，并于2022年前完成星座的部署。

阿聯(lián)酋瑟拉亞電信公司（Thuraya）與瑞士宇宙廣播公司（Astrocast）于2017年4月簽署備忘錄，擴展了各自的產(chǎn)品和服務類型，擴大市場進入通道。瑞士宇宙投射公司正在構(gòu)建“宇宙廣播”（Astrocast）低軌小衛(wèi)星星座，可以為全球化企業(yè)提供成本較低的物聯(lián)網(wǎng)（IoT）和機器對機器（M2M）服務，此項計劃也得到歐洲航天局（ESA）“通信系統(tǒng)預先研究”（ARTES）計劃的支持。該星座由64顆小衛(wèi)星組成，首顆技術(shù)演示衛(wèi)星計劃于2018年發(fā)射，并計劃在2021年完成星座組網(wǎng)，提供遠程監(jiān)測、定位服務、預防性維護保養(yǎng)和智能數(shù)據(jù)采集等服務。

“宇宙廣播”低軌小衛(wèi)星星座

對地觀測能力持續(xù)提升，產(chǎn)業(yè)格局大幅調(diào)整

（1）對地觀測產(chǎn)業(yè)格局劇烈演變，通過并購提升能力

2017年，對地觀測領(lǐng)域發(fā)生了多起重要的企業(yè)并購，展示了對地觀測產(chǎn)業(yè)的整合和演變，引發(fā)了外界的廣泛關(guān)注。現(xiàn)階段，對地觀測產(chǎn)業(yè)一方面快速發(fā)展，既有星座加速部署，新型小衛(wèi)星星座繼續(xù)涌現(xiàn)；另一方面逐步開始整合，通過并購穩(wěn)固自身市場地位。

2017年2月3日，美國行星公司收購谷歌公司（Google）旗下的特拉貝拉公司（Terra Bella）的業(yè)務，包括7顆“天空衛(wèi)星”（SkySat）組成的衛(wèi)星星座，實現(xiàn)互補的天基對地觀測能力。谷歌公司也將與行星公司簽署一份為期多年的圖像數(shù)據(jù)采購合同。這次的收購費少于2014年谷歌公司收購天空盒子成像公司（Skybox Imaging）花費的5億美元，但多于3億美元。

2017年2月24日，加拿大麥德公司（MDA）宣布收購美國數(shù)字地球公司（DigitalGlobe），并于10月完成這筆交易，合并后的公司更名為麥克薩技術(shù)公司（Maxar Technologies）。數(shù)字地球公司在全球衛(wèi)星遙感市場排行第一，麥德公司排行第三，此次收購行為將重塑全球衛(wèi)星遙感產(chǎn)業(yè)市場格局。

2017年4月26日，美國遙感數(shù)據(jù)分析公司鷹視技術(shù)公司（EagleView）宣布收購美國歐姆尼地球公司（OmniEarth），雙方期望通過此次收購實現(xiàn)圖像獲取和數(shù)據(jù)分析能力的互補。

（2）小衛(wèi)星業(yè)務能力增強，時間和空間分辨率持續(xù)提升

美國行星公司2017年共通過3次發(fā)射任務，將140顆“鴿群”衛(wèi)星送入太陽同步軌道（SSO）。此前，行星公司的大部分衛(wèi)星發(fā)射到“國際空間站”進行釋放，全球覆蓋能力不足。隨著大批衛(wèi)星部署到太陽同步軌道，該公司具備每天對全球覆蓋1次的能力，快速獲取全球最新圖像。此外，2017年10月，“米諾陶”（Minotaur）運載火箭將行星公司的6顆SkySat衛(wèi)星發(fā)射入軌，進一步提升該公司的圖像獲取能力，實現(xiàn)高分辨率成像能力翻倍，能夠1天內(nèi)對特定地點多次重訪，向用戶提供更多信息，輔助用戶決策。SkySat衛(wèi)星質(zhì)量約100kg，尺寸為60cm×60cm×95cm，可獲取亞米級彩色圖像，拍攝時長90s、30幀/s的視頻。

美國宇航數(shù)據(jù)公司（Astro Digital）分2次共發(fā)射了4顆“烏鴉座-廣覆蓋”（Corvus-BC）衛(wèi)星，其中2顆發(fā)射失敗。該公司的目標是要建設一個由多種遙感器組成的星座，計劃先發(fā)射10顆立方體衛(wèi)星，提供中分辨率成像能力，對全球提供每日覆蓋。之后將發(fā)射20顆具有能夠提供更高分辨率圖像的較大型衛(wèi)星，利用中分辨率衛(wèi)星識別出特點成像區(qū)域，由高分辨率衛(wèi)星進行成像，這兩批衛(wèi)星將共同工作。

2017年8月，美國陸軍鷹眼-2M（Kestrel Eye-2M）偵察微衛(wèi)星搭乘“龍”（Dragon）飛船運抵“國際空間站”。美國陸軍將利用該衛(wèi)星驗證聯(lián)合作戰(zhàn)能力，衛(wèi)星通過數(shù)據(jù)中繼網(wǎng)絡直接向作戰(zhàn)部隊提供衛(wèi)星圖像，實現(xiàn)近實時的天基戰(zhàn)術(shù)級情報和態(tài)勢感知，使任務-指揮決策同步實施，“防止敵方戰(zhàn)術(shù)奇襲”，并“在作戰(zhàn)班（Squad）層面實現(xiàn)信息壓制”，地面指揮官能夠更有效地獲得衛(wèi)星情報，獲得快速響應能力。

（3）雷達、視頻成像能力增強，細分領(lǐng)域深入發(fā)展

薩瑞衛(wèi)星技術(shù)公司（SSTL）加快雷達成像衛(wèi)星建設步伐，新型合成孔徑雷達衛(wèi)星-S（NovaSARS）計劃2018年發(fā)射，計劃運行在580km軌道，衛(wèi)星采用SSTL-300衛(wèi)星平臺，質(zhì)量430kg，并搭載空客防務與航天公司研制的創(chuàng)新型S頻段SAR載荷，具有4種成像模式：掃描模式幅寬100km，分辨率20m；海事模式幅寬大于400km，穿軌方向分辨率6m，沿軌方向分辨率13.7m；條帶模式幅寬15～20km，分辨率6m；寬幅掃描模式幅寬140km，分辨率30m。

此外，薩瑞衛(wèi)星技術(shù)公司還為地球成像公司（Earth-i）建設歐洲首個視頻和高分辨率成像商業(yè)衛(wèi)星星座。目前，薩瑞衛(wèi)星技術(shù)公司已完成地球成像公司對地觀測星座的第二顆原型衛(wèi)星EiX2的制造，計劃2018年發(fā)射，同時計劃2019年發(fā)射5顆衛(wèi)星至500km極軌，提供全彩視頻能力。

2017年，英國SRT海事系統(tǒng)公司宣布將建設“海洋-掃描”（Ocean-Scan）海事監(jiān)控星座，提供增強的全球船舶檢測和跟蹤服務?！昂Ｑ?掃描”系統(tǒng)最初由6顆低軌衛(wèi)星組成，運行在赤道軌道和極軌道上，系統(tǒng)采用了SRT海事系統(tǒng)公司自主研發(fā)的“衛(wèi)星跟蹤”（SAT-Trak）船舶收發(fā)器，利用包括自動識別系統(tǒng)（AIS）在內(nèi)的一系列傳感器技術(shù)提供全球海洋覆蓋，并在赤道和邊境等海域感知市場廣大的地區(qū)進行覆蓋增強。預計“海洋-掃描”星座將在2019年完全投入運行，后續(xù)還將擴大星座規(guī)模。

小衛(wèi)星成為空間科學活動的獨特平臺

2017年4月18日，28顆QB50衛(wèi)星搭乘美國宇宙神-5（Atlas-5）運載火箭發(fā)射，由“天鵝座”（Cygnus）貨運飛船運抵“國際空間站”后，陸續(xù)用立方體衛(wèi)星部署裝置釋放入軌。6月23日，QB50項目第2批8顆衛(wèi)星成功搭乘印度極軌衛(wèi)星運載火箭-XL（PSLV-XL）進入太陽同步軌道，正式完成規(guī)劃的QB50科學衛(wèi)星部署。QB50項目開展迄今最大規(guī)模的地球大氣低熱層多點原位探測，同時驗證“阻力帆”（Dragsail）離軌技術(shù)。該項目由歐盟于2011年主導發(fā)起，由國際上15家機構(gòu)合作領(lǐng)導項目實施，來自23個國家的40余所大學、研究機構(gòu)和公司參與了衛(wèi)星研制工作，成為航天國際合作的新典范。

2017年，藍色峽谷技術(shù)公司（BCT）與美國國家航空航天局（NASA）開展合作，研制“降水結(jié)構(gòu)和風暴強度高時間分辨率觀測小衛(wèi)星星座”（TROPICS），建造7顆相同的3U立方體衛(wèi)星，計劃于2018年第四季度交付1顆驗證星，2019年第一季度交付6顆業(yè)務星。星座運行在3個低地球軌道平面內(nèi)，利用高性能輻射計對熱帶地區(qū)降水、溫度和濕度信息提供首次高重訪微波觀測，以中尺度或大尺度對整個風暴生命周期內(nèi)的對流層熱動力學和風暴系統(tǒng)降水結(jié)構(gòu)進行觀測，評估其對風暴軌跡和強度的影響，研究熱帶風暴模式劇烈變化的原因。

態(tài)勢感知項目相繼提出，碎片移除技術(shù)開展驗證

藍色峽谷技術(shù)公司于2017年獲得美國空軍研究實驗室（AFRL）授予的2項地球靜止軌道（GEO）任務合同，為空軍提供小衛(wèi)星平臺。第一項合同中，藍色峽谷技術(shù)公司將參與“空間態(tài)勢感知任務”（S5），評估利用低成本星座開展地球靜止軌道空間編目常態(tài)化高頻率更新任務的可行性和經(jīng)濟性；第二項合同中，藍色峽谷技術(shù)公司將參與“攀登”（ASCENT）任務，演示立方體衛(wèi)星在地球靜止軌道上的各類操作。

2017年8月，澳大利亞創(chuàng)新技術(shù)公司（Inovor Technologies）提出了一個新的軌道碎片監(jiān)測方案，利用光學傳感器從低地球軌道跟蹤地球靜止軌道的太空垃圾。相較地基雷達和光學系統(tǒng)，天基系統(tǒng)不受天氣和環(huán)境的限制，利用光學小衛(wèi)星為地球同步軌道提供空間態(tài)勢感知（SSA）服務是目前最為可行的方案。

薩瑞衛(wèi)星技術(shù)公司已將“空間碎片移除”（RemoveDEBRIS）任務衛(wèi)星運抵佛羅里達州肯尼迪航天中心，計劃搭乘“龍”飛船前往“國際空間站”?！翱臻g碎片移除”任務是一項“主動碎片清除”（ADR）演示驗證任務，開展4項主動移除空間碎片演示試驗，包括“捕獲網(wǎng)”（Net）和“標槍”（Harpoon）兩項捕獲技術(shù)，以及視覺導航技術(shù)和“阻力帆”減速技術(shù)。

RemoveDEBRlS衛(wèi)星有效載荷

2017年5月，加拿大先進航天試驗納衛(wèi)星-7（CanX-7）成功展開了4面“阻力帆”，每一面“阻力帆”面積約1m2?！白枇Ψ蓖ㄟ^降低彈道系數(shù)和增加大氣阻力，可以加速衛(wèi)星軌道衰減。“阻力帆”離軌試驗取得成功，實際測得數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)吻合。

歐洲航天局為戈麥克斯-4B（GomX-4B）6U立方體衛(wèi)星研制了微型推力器，使其成為首顆能夠自行在太空中移動的納衛(wèi)星。GomX-4B衛(wèi)星將對GomX-4A衛(wèi)星進行繞飛，測試兩者間的無線電通信能力。GomX-4A、4B兩顆衛(wèi)星計劃于2018年利用中國的運載火箭發(fā)射入軌。

上下游產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)實現(xiàn)創(chuàng)新，商業(yè)模式發(fā)生深刻變化

2017年，小衛(wèi)星搭載發(fā)射和專用發(fā)射均取得重要進展，搭載發(fā)射日益普遍，專用發(fā)射盡管受到一定挫折，但前景廣受看好。小衛(wèi)星發(fā)射組織方面同樣實現(xiàn)創(chuàng)新。印度空間研究組織（ISRO）與荷蘭航天創(chuàng)新解決方案公司（ISIS）開展合作，通過專業(yè)發(fā)射代理服務商獲取國際小衛(wèi)星客戶，充分利用運載火箭的發(fā)射余量。荷蘭航天創(chuàng)新解決方案公司協(xié)調(diào)發(fā)射服務提供商與客戶雙方的需求，根據(jù)運載火箭的發(fā)射計劃以及用戶提出的軌道和發(fā)射時間需求，協(xié)調(diào)商業(yè)搭載發(fā)射任務，印度已經(jīng)通過這種組織模式進行了多次商業(yè)發(fā)射。

2017年，新型小衛(wèi)星平臺不斷涌現(xiàn)。洛馬公司（LM）利用5年時間、耗資3億美元，完成對此前研制衛(wèi)星的整合，推出了新的衛(wèi)星平臺型譜，首次實現(xiàn)了所有衛(wèi)星平臺共享通用化組件。盧森堡空間公司（LuxSpace）2017年9月與歐洲航天局簽署協(xié)議，為歐洲航天局研制一種全新低成本多用途微衛(wèi)星平臺—特里同-X（Triton-X）。

小衛(wèi)星軟件成為發(fā)展熱點，軌道邏輯公司（Orbit Logic）2017年6月發(fā)布新版“采集規(guī)劃和分析工作站”（CPAW）軟件，開展衛(wèi)星運行、分析或圖像訂購服務，應用于對地觀測和空間態(tài)勢感知等場景。英國賽西斯公司（SCISYS）獲得了空天全球公司（SAS）的合同，為空天全球公司的“珍珠”（Pearls）納衛(wèi)星星座提供衛(wèi)星網(wǎng)絡管理仿真器。庫伯斯公司（Kubos）2017年7月發(fā)布KubOS 1.0開源軟件，該軟件是首款完整的端到端小衛(wèi)星解決方案操作軟件，有望成為行業(yè)默認的操作系統(tǒng)。

批量化生產(chǎn)技術(shù)逐步推廣，泰雷茲-阿萊尼亞航天公司（TAS）在比利時哈塞爾特建設了一個新的工廠，專門自動化生產(chǎn)光電部件（PVA）。一網(wǎng)公司在歐洲和美國設立批量化生產(chǎn)線，充分利用協(xié)作機器人、智能裝配工具、自動光學檢測系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)、自動精準耦合系統(tǒng)、自動導軌傳送機器人、自動加熱分配系統(tǒng)、增強現(xiàn)實工具，以及自動測試系統(tǒng)等數(shù)字化、智能化手段，加速總裝、集成和測試（AIT）流程，實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。

商業(yè)模式成為限制小衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要因素，模式創(chuàng)新成為促進衛(wèi)星制造和運營業(yè)務的重要途徑。薩瑞衛(wèi)星技術(shù)公司在創(chuàng)新商業(yè)模式上做了長期探索，在衛(wèi)星運營權(quán)銷售和共享方面取得顯著成績。在創(chuàng)新策略下，用戶購買一顆衛(wèi)星即可獲得整個星座的訪問許可，新加入用戶可與整個星座的現(xiàn)有用戶共享權(quán)益。這類模式逐步被航天企業(yè)接受，多家公司采取了類似的策略。加拿大地球直播公司（UrtheCast）2017年與3個匿名用戶開展“光學合成孔徑雷達”（OptiSAR）星座合作，用戶有意購買SAR衛(wèi)星，并共享整個OptiSAR星座的運營權(quán)。

3 結(jié)束語

小衛(wèi)星將在其中發(fā)揮越來越重要的作用，并向?qū)嵱没?、業(yè)務化發(fā)展，在通信、對地觀測、空間科學、技術(shù)試驗等領(lǐng)域的應用能力進一步提升。另一方面，在航天體系架構(gòu)、發(fā)射運管、數(shù)據(jù)應用、商業(yè)模式等方面實現(xiàn)突破，成為“新航天”的重要推動力量。