现代小卫星有什么特点?
小卫星是指质量小于1吨的卫星。按照质量范围的不同,主要包括小卫星(0.5 ~ 1吨)、超小卫星(0.1 ~ 0.5吨)、微小卫星(0.01 ~ 0.1吨)、纳卫星(小于0.01吨)。
近年来,国外小卫星的发展已初具规模。例如,铱星卫星通信系统由66颗重0.7吨的小卫星组成,实现了“无缝”全球通信,可以说是名副其实的“全球通信”。中国第一颗小卫星“清华”1,由清华大学研制,是一颗微小卫星,可用于空间研究、环境监测、专用通信和科普教育。
美国、德国、日本、韩国和其他国家已经在竞相研发微型卫星。
纳米技术的迅速发展,特别是微机电系统的初步成功,为军事科技人员发展纳米武器奠定了物质基础。他们充分发挥想象力,开发出了奇怪的战场“精灵”。
美国在1995提出了纳米卫星的概念。这颗卫星比麻雀略大,质量不到10 kg。所有元件均由纳米材料制成,采用最先进的微机电集成技术集成。它可重构,可复制,成本低,质量好,可靠性强。一枚小型火箭可以一次发射数百颗纳米卫星。
如果在太阳同步轨道上等间距布置648颗不同功能的纳米卫星,就可以保证对地球上任何一点进行任何时间的连续监测。即使少数卫星出现故障,整个卫星网络的工作也不会受到影响。
卫星越小,技术含量越高。与“清华”1卫星相比,纳米卫星的整体功能相似,但重量更轻,在10 kg以下。也可以用于卫星之间的通信实验。
纳卫星是一种采用微机电技术的卫星,其主要设备制作在几个芯片上,也称为“芯片级卫星”。用一个小型运载火箭发射几百颗甚至几千颗卫星,组成卫星网。这种卫星具有很强的生存能力和灵活性。
现代小卫星系统受到世界各国军事家的青睐,主要是因为它们具有以下特点。
灵活发射:它们可以使小型运载火箭通过铁路和公路发射,也可以通过飞机从空中发射,从而满足军队的应急需要。
研制周期短:如铱星一年可生产100多颗卫星,每颗卫星平均生产周期为21天,生产成本也较低,便于批量生产。
功能大:现代小卫星时延短、衰减小、覆盖广,因此人们可以与世界上任何地方的卫星通信,包括两极,实现全球通信和数据传输。
生存能力:小卫星目标小,行动隐秘,不易被反卫星武器攻击。另外,可以采用互补的部署方式,即使个别卫星受损,也不会影响整个系统的工作。
与小卫星相比,纳米卫星的重量低1 ~ 2个数量级,即重量约为0,1 ~ 10公斤。实际上,微小卫星是由微制造技术和微元器件组装而成的全新航天器,其系统和分系统将由小型化、模块化的元器件组成,如发射机、接收机、电源、计算机等都是模块化的,从而缩短了电缆,大大降低了质量。
但是,经过一段时间的论证和研究,专家们觉得,如果要进一步减小卫星的重量和体积,只采用传统卫星代数表达式结构的设计思路,要求具有一些完整的实用功能,那么在现有的技术条件下,只能走向绝境。为了进一步减小微小卫星的尺寸,必须在设计思想上进行根本性的改变,星座结构的设计思想为纳卫星的研发提供了强有力的理论依据。纳卫星是一种体积尽可能小的航天器,重量可以在0.1 kg以下,即每颗小于100 g。
纳米卫星的核心部件由微电机、激光陀螺仪、相关传感器和发射器组成,所有这些部件都集成安装在半导体晶片上。它采用了MEMS中的多重集成技术,运用了大规模集成电路的设计思想和制造技术。正是因为有了这些技术和工艺,它才能像电子电路一样集成机械部件,在极小的几何空间内集成传感器、执行器、微处理器等电子和光学系统,形成具有特定功能的机电一体化卫星部件或子系统,使整个装置轻便、坚固、可靠。
因为它的整体功能是由几颗卫星共同完成的,它不是由一颗纳米卫星单独完成的。所以一颗卫星损坏,会减少一些功能,但不会影响全局;只需更换损坏部分即可修复,避免了承受大损失和系统故障的风险,可靠性大大提高。纳米卫星还具有相当的可重构性:由于主要依靠MEMS技术和专用集成微仪器技术,常规卫星上的许多部件,如气象色谱仪、环形激光光纤陀螺、固态图像传感器、微波发射机和电机等,都可以做得非常小,集成在半导体衬底上,制成纳米卫星的基本组合模块。这些基本组合模块组成一个分布式配置的星座,可以根据需要改变它们的排列顺序或增减一些小模块,使卫星星座具有不同的功能,完成不同的任务。
制造纳米卫星的核心技术是MEMS技术,因为它是卫星部件小型化的基础。只有MEMS真正通过测试,才能用来开发功能强大的微小卫星。
从目前的发展来看,利用MEMS技术实现航天器、制导、导航和控制系统小型化的工作已经取得了初步成果。
一旦各种技术难题被攻克或解决,它的作用可以说是无比神奇。可以及时跟踪各国高精尖敏感武器装备,为己方部队提供全面信息。看来纳米卫星的回报会相当丰厚。
美国研究人员正在开发一种微型火箭,它可以将有效载荷送入太空,重量仅为几百磅,未来可能用于发射纳米卫星。这种火箭是受蚂蚁的启发而开发的。小蚂蚁能举起数倍于自身重量的东西。因此,研究人员认为,研究蚂蚁等小动物可以找到降低太空旅行成本的方法。微型火箭的重量非常轻,所以每枚火箭都会有惊人的推重比,远远超过现在的大型火箭。所以成功发射微型火箭的效果会比大型火箭好很多。美国对一种微型火箭的研究表明,这种火箭的推重比可以比航天飞机大几百倍。这些微型火箭每一个都只有火柴盒的一半大小。它使用液氧和乙醇的混合物作为燃料,可以产生大约13.2牛顿(力的单位)的推力。这使得微型火箭的推重比达到10000以上,而普通航天飞机的推重比只有70。
目前,发展纳米卫星的目的主要是用于军事领域,但如果它们能在军事领域取得成功,在不久的将来肯定会为人民所用。