小型衛星

<image>

小衛星，或小型衛星，是指質量一般小於500公斤的人造衛星。儘管這種衛星可通稱「小衛星」，但對這範疇中不同種類的劃分通常視其質量而定。

## 誕生原因

分類｜質量（公斤）

大衛星｜>1000

中衛星｜500至1000

小衛星｜100至500

微衛星｜10至100

納衛星｜1至10

皮衛星｜0.1至1

飛衛星｜<0.1

研發小衛星的一個原因是可以降低成本：衛星越重，火箭所需推力越大，成本越高。相比下，較小和輕的衛星只需較小和便宜的運載火箭，甚至可多次發射。它們也可作為次級負載發射，在較大的運載火箭上用過剩的運力。微型衛星設計更便宜，易於大規模生產。

發展小衛星的另一主因是可做大衛星做不到的任務，如：

- 低數據速率通信的星座
- 用陣列從多個點收集數據
- 對更大衛星的在軌檢查
- 大學相關研究

## 歷史

近幾年在整門衛星發射工業領域中，納衛星與微衛星的部分發展迅速，這基於西班牙於20世紀90年代開始的對商業與通信衛星的低成本製造的相關研究。並且開發領域從1-50公斤擴展到50-100公斤。

單獨來看1-50公斤這級，於2000-2005的年季發射量低於15顆，2006年達到34顆，之後的2007-2011期間的年季發射量低於30顆，2012年增長至34顆，一年後更達92顆。

歐洲諮詢公司分析表示計劃有超過500顆小型衛星會在2015-2019年發射，市場價值預計在74億美元。

到2015年中期，越來越多發射行動向小衛星開放。並且以次級載荷的方式發射成為即能提高發射質量又能滿足較快發射的需求的發射方式。

## 分類

<image>

### 小衛星

通常指濕重（包括燃料）100至500公斤的人造衛星，換句話說（but in other usage）是指任何低於500公斤的衛星。

如：Demeter Essaim PARASOL Picard Microscope Taranis Elisa Smese SSOT Smart-1 Spirale。

#### 小型衛星運載火箭

儘管傳統的小衛星發射是通過作為大型發射載具的第二有效負載實現的，但近期已有多家企業研發了專門針對小衛星市場的發射載具。尤其是針對第二有效負載模式沒有滿足（provide specificity required）的那些有著專門軌道與發射時間需求的小型衛星。

這些企業所計劃的小衛星發射載具包括：

- Virgin Galactic's LauncherOne（100公斤）
- Firefly Space Systems' Alpha（400公斤）
- Rocket Lab's Electron（150公斤）
- PLD Space（150公斤）

### 微衛星

或稱微型衛星，通常指濕重10至100公斤的人造衛星，但並非官方規定。有時那些劃分是指一些比它大的衛星，亦或者是比它小的（諸如1-50公斤）。在實際或方案上，有時以微衛星聯合運作或同組運作的方式來設計這類型當中的某些衛星。術語上的「小衛星」或稱「小型衛星」有時也運用到設計之中作為「微衛星」使用。

如：Astrid-1 and Astrid-2，除此之外還有最近宣布為LauncherOne設計的衛星集合。

#### 微型衛星運載火箭

目前許多商業軍事承包公司正在開發微衛星運載火箭來滿足越來越有針對性的微衛星發射需求。儘管微衛星多年來一直是作為二級有效載荷來搭乘較大太空飛行器來發射，但這種方法不能滿足有獨特的軌道和發射定時要求的許多日益複雜的小型衛星所需的要求。

2012年7月，維珍銀河公司發布LauncherOne，一個設計用來發射主要有效載荷為100公斤到低地球軌道「小衛星」的軌道運載火箭，並與預計將在2016年發射小衛星的幾個商業客戶簽約，如GeoOptics，Skybox Imaging，Spaceflight Services，and Planetary Resources。Surrey Satellite Technology和Sierra Nevada Space Systems正在開發的衛星平台宣布將「優化對LauncherOne的支持」。

維珍銀河公司於2008年年末就開始討論發射者一號的概念，並從2015年開始，當維珍載人航天飛行器項目已多次延遲且於2014年遭遇災難性事故的同時將其（指發射者一號）變成了維珍核心商業計劃的一個主要部分。

2012年12月，DARPA宣布，Airborne Launch Assist Space Access計劃將為另一個預計釋放由24具有米級的高成像解析度的微型衛星（約20公斤）組成的星座的DARPA微衛星計劃提供火箭助推器。方案於2015年12月取消。

2013年4月，Garvey Spacecraft獲得了20萬美金的合同來發展他們的勘探者18亞軌道運載火箭技術，使之從能夠將10公斤有效載荷送入250公里的軌道發展為有更多功能的NMSLV集群，能夠將20公斤有效載荷送入450公里的軌道。

波音小型發射載具是三階段式空載發射載具的概念，它是為了發射45公斤及以下的小型負載至低地軌道。這項目推測會使美國軍事小型衛星發射成本低至每次發射30萬美元（每公斤7000美元），並且一旦立項，以2012年為始，2020年將有望實現。

瑞士公司瑞士太空系統（S3）日前宣布，2013年計劃開發命名為SOAR的亞軌道太空飛機，其能夠把高達250公斤有效載荷送入低地球軌道。

西班牙公司PLD space於2011年創立，有研發低成本載具的設想。這種載具稱作ARION-1和ARION-2，能搭載150公斤的負載至軌道。

### 納衛星

通稱「nanosatellite」或「nanosat」，通常指濕重1-10公斤的人造衛星。實際設計以及方案上，它們應該逐粒發射，或者由幾粒納衛星同組運作，在此情況下，有時通稱「衛星群」或者「分級太空飛行器」。一些設計要求一個大型「母」衛星與控制者通信，或者用於發射與對合納衛星。

經過電子技術的小型化與性能提高的發展以及一系列有關衛星設想的運用，納衛星的有關商業用途的能力不斷提高，而這些商業需求在此前大多由微衛星滿足。例如，6u立方星標準出爐讓由5粒156公斤快影地球成像衛星組成的衛星群可由一粒35.8公斤的地球影像衛星群取代。顯著提高同一成本的重訪次數：地球每片區域能在每隔3.5小時重複照下，而非快影的每次24小時。此外，納衛星能讓更多國家擁有他們自己的衛星以收集低峰期（無災）影像數據。

如：ExoCube(CP-10)

納衛星研發者與生產者包括GomSpace，NanoSpace，Spire，Surrey Satellite Technology，NovaWurks，Dauria Aerospace，Planet Labs.

#### 納衛星市場

2014前的十年只有75顆納衛星發射。2013年11月至2014年1月的3個月間，發射率持續攀升達94顆。

使用納衛星的一個挑戰是如何以划算的成本將這麼一個小型衛星運送到任何一個超出低地軌道的地方。2014年晚期，方案發展成專門地設計大型太空飛行器以成群運送納衛星至超出地球軌道軌道的範圍，例如用於遠距離小行星探索。

2014年7月開始已有超過1000粒納衛星計劃在未來5年發射。

#### 超小型衛星運載火箭

隨著技術進步的出現小型化，以及2010年代私人太空飛行計劃增加的資本投入，一些初創公司開始尋求與開發各種超小型衛星有效載荷運載火箭（NLV）技術的機會。

將發射或正在設計的NLV包括：

- 維珍銀河LauncherOne upper stage，擬類似如SpaceShipTwo般於WhiteKnightTwo從空中發射。
- Ventions Nanosat的upper stage。
- Nammo/Andøya North Star（為10公斤有效載荷提供的極地軌道發射器）
- 截至2013年4月，加維太空飛行器不斷發展的勘探者18亞軌道運載火箭技術轉化為能夠提供10公斤有效載荷送入250公里的軌道的軌道NANOSAT運載火箭。
- Generation Orbit正在開發一種空中發射火箭能將納衛星和低於50公斤的微衛星送至低地球軌道。

### 皮衛星

通稱「picosatellite」或「picosat」（勿與微衛星的PicoSat系列搞混）通常是指濕重在0.1-1公斤的人造衛星，儘管它有時用作任何發射重量低於1公斤的衛星的名稱。這一類型的實際設計與概念通常都會有多個皮衛星同組運作（有時稱作「成簇」）。一些設計要求一個大型「母」衛星以用作與地面控制中心通信或者用作發射與對接皮衛星。CubeSat在設計上有著大約1公斤重，這是一個大型皮衛星（或最小型納衛星）的例子。

皮衛星對DIY製作者來講是新選項。現時商業上可行的皮衛星全重0.1-1公斤，而現在可行的發射方案是負載低於1公斤的皮衛星花費12000-18000美元，這種皮衛星只有約罐裝飲品大小。

### 飛衛星

通稱「femtosatellite」或「femtosat」，通常是指濕重在10至100克的人造衛星。就像皮衛星，它的一些設計亦要求一個大型「母」衛星與地面控制中心通信。

3種原型「芯衛星」已隨奮進號於2011年5月的最後一次任務飛抵國際空間站。它們測試與國際空間站外平台MISSE-8連接。2014年3月，納衛星KickSat搭載獵鷹9火箭發射，此次任務為投放104顆飛衛星大小的芯衛星，或稱「Sprites」。ThumbSat是另一個計劃於2016年發射飛衛星的項目。

## 技術挑戰

小衛星通常需要革新的推進，姿態控制，通信和星務系統。

大衛星通常用單元推進劑或雙組元推進劑來完成推進和姿態控制任務；這些系統是複雜的，並且需要最小量表面積來散熱。這些系統可以在較大的小型衛星使用，而其它微/納衛星必須用諸如電力推進，壓縮氣體推進，液體推進如丁烷或二氧化碳這類簡單的便宜的可擴展的創新推進系統。

小型衛星可以用傳統的無線電系統的超高頻、甚高頻、S波段和X波段，儘管與較大的衛星相比，小衛星通常用最新的技術。微小衛星如納衛星和微衛星可能缺乏傳統無線電所需電源供應或質量，雖然提案了雷射接收器，天線陣列和衛星到衛星通信網路等各種小型化的創新通訊系統，這些技術很少在實踐中得到證明。

電子產品需要經過嚴格測試和修改，來監測其抵抗外部空間環境（真空，微重力，極端溫度和輻射暴露）的能力。微型衛星提供了一個廉價的測試新硬體的機會。此外，由於任務中的總體成本風險低得多，因此可以將更多的最新但較少空間驗證的技術投入到微米和納米級衛星任務中，來降低未來在更大，更昂貴的任務中的風險。

## 外部連結

- Nanosatellite database