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发信人: ShenZhouV (记忆从头再来), 信区: Aero
标  题: 小卫星技术在军事通信中的应用 
发信站: 哈工大紫丁香 (2004年01月24日22:33:08 星期六), 站内信件

[定义]
　 小卫星一般是指具有所需的功能密度的、重量小于1000kg卫星。
　 小卫星以低地轨道运行为主，其造价在200万英磅左右。星体结构由一系列标准尺寸的
托盘组成。每个托盘都装有一部分系统的有效载荷。这些托盘组合在一起，构成一个整体
框架，连同外覆的太阳能电池板，共同组成整个星体。小卫星是一个采用模块化结构的多
任务的空间平台。只要简单地更换各种有效载荷，卫星就可以完成各种不同的任务。因此
，卫星的设计周期从开始设计到发射升空，约需一年的时间。目前美国瑞萨公司研发的小
卫星代表着国际该领域的较高技术水平，该公司的小卫星主要可用于通信和遥感测量，小
卫星的姿态控制主要由一根6m长的重力杆稳定器和星载计算机闭环控制和电磁铁系统完成
。运行高度的检测由太阳传感器、地球水平传感器、星场传感器和地磁场传感器来完成；
轨道的位置则由星上的GPS接收机确定。整个控制系统采用较传统的三轴或自旋稳定方式。
整个卫星的能量由覆盖在四周的砷化镓（GaAs）太阳能电池阵列提供。每侧的电池板大约
可提供35W，并接有镍镉（NiCd）电池作为电池储备，可供通信、遥感的姿态控制等任务使
用。由于姿态控制不需要使用燃料，所以卫星的寿命大大延长。在轨道适宜的情况下，卫
星寿命可达到12年以上。卫星通信由VHF上行链路的UHF下行链路来完成。通信过程中使用A
X.25链路协议，速率在9.6～38.4kb/s范围内。小卫星关键的部分是星上数据处理系统。其
核心是一个80cl86单板机，称作星载计算机。该单板机拥有32M空间的固态RAM盘和占500kb
内存的内嵌式实时多任务操作系统。
　 小卫星的主要技术特点是：
　 1)体积小、重量轻；
　 2)发射成本低；
　 3)发射灵活、既可以搭载发射、也可以一箭多星发射或用廉价运载火箭发射；
　 4)研制周期短，一般从立项研制到发射仅需要一年左右。
　 
[相关技术]低轨卫星；卫星通信；航天技术

[技术难点]
　 为发展小卫星，必须不断攻克如下技术难点：
　 1、小卫星技术：包括最佳星座设计及其仿真，轨道摄动及其校正，计算误差及其克服
方法等；综合采用先进材料和技术，提高卫星功能密度；采用高温超导技术，有效地减小
卫星的体积和重量；
　 2、星上的成像侦察设备：可见光CCD摄像机，线阵像元数应达6000个以上，像元尺寸应
小于8μm，改进光学系统以提高弱视能力；
　 3、高速数传技术：成像数据实施传输要求传输速率达300Mbps；使用Ka频段进行扩展频
谱传输的技术、300Mbps的高速加密技术、微波统一传输技术等；
　 4、数据处理技术：高压缩率、低损伤率的压缩编码技术；亚像元成像技术；目标特征
数据库技术；数据融合技术；图?quot;快视"技术等。
　

[国外概况]
　 国外小卫星的发展可分为三个阶段。80年代中期到90年代初期为探索阶段；90年代为发
展、应用并初步形成规模阶段；21世纪将进入实际应用和部分地取代大型卫星的阶段。此
外，大型卫星在小型化的基础上将向高度综合化、高精度方向发展。1985年至今世界上已
发射小卫星和小型卫星计300颗，其中80%卫星的质量小于1000kg。
　 在欧洲，欧空局于1995年出台了"小卫星任务机会开发倡议"并建立了研制、发射机运营
小卫星的实体。欧空局已在小卫星平台技术方面取得了较大的进展。 
　 世界航天大国俄罗斯早将小卫星用于军事领域，其一箭多星的战术通信卫星技术已相当
成熟。为了进一步开发现代小卫星的商业市场，1996年2月，俄新一代通信小卫星星座-信
使系统开始发射。
　 日本的小卫星技术也发展的十分迅猛，在空间探测和技术试验方面，取得了十分丰富的
成果。日本目前正在规划建立由10颗小卫星组成的星座。这个星座系统既可以用于军事，
也可以用于环境监测，其重量只有以往具有相似功能卫星的1/10，成本只有1/4，开发周期
只有一年。
　 法国、英国、意大利都有了自己的小卫星平台或星座。印度、韩国、瑞典、丹麦、巴西
、西班牙、以色列等许多国家也都以研制小卫星为切入点，带动航天技术的发展。 
　 另外，一些研制小卫星的企业实体与一些大学相结合，众多的小卫星的技术进入高等院
校，如：英国萨里大学、美国犹他州立大学、德国波林技术大学和不来梅大学。
　 在商业和民用小卫星技术的推动和支持下，军用小卫星迅速发展。由于小卫星具有快速
反应（发射和部署）和依据战场需求进行快速重组的能力，并能有效提供战术支持，最适
于建立以战术应用为主的军用卫星系统，因而受到军方的青睐。美国空军在其2020年作战
构想中，把有效卫星组成的星座系统作为向参战人员提供实时、不间断信息服务的主要手
段，同时也作为对付反卫星武器的有效手段。正因为如此，以国防高级研究项目局为首的
美国军方一直对小卫星计划情有独钟，国防高级研究项目局一家每年在这方面的投入就达3
500万美元以上。军方在发展小卫星技术方面，不仅可以利用已经开发成功的商业和民用小
卫星技术，而且可以充分利用军方独有的军事高技术和军用航天技术。美国国防部将开发
小型通信卫星、小型侦察卫星和小型预警卫星作为小卫星发展的重点。最有代表性的是包
括20～30颗小型低轨道预警卫星的低轨天基红外系统（SBIRSLOW）和至少有20颗小型侦察
卫星的星光（Starlite）系统。
　 目前小卫星的构形有多种，结构采用模块设计。广泛应用CAD设计的软件，如有：图形
前端、有限元分析、系统详细分析、机械设计自动化、图形软件包等。铝合金和铝蜂窝结
构材料仍有采用。碳纤维复合结构材料广为应用。新出现的材料如石墨复合材料和聚氰酸
盐树脂等。小卫星上主要有三种控制系统：
　 a、偏置动置轮三轴稳定系统，加上磁棒阻尼与卸载，接线指向精度为0.01°～1.0°,
应用于侦察、对抗观测、天文观测及通信等小卫星上。
　 b、重力梯度稳定系统，加上磁棒阻尼和定向，具有三轴姿控功能，精度1°～3°，适
用于近地圆轨道的卫星，如通信、数据收集、存储、转发通信、科学实验卫星等。 
　 c、自旋稳定系统，主要用于空间物理探测以及业余无线电通信卫星等。最新技术有小
型化的星跟踪器、轻型反作用飞轮、主动式振动控制、用GPS作姿态确定。预计下世纪将出
现多功能敏感器、微型机械装置和高密度内连技术。
　 小卫星上采用了图像数据压缩技术,这是因为成像侦察和对地观测的遥感图像数据量甚
大，在小卫星上存储和传输极为困难。图像压缩的关键是编制合适的码书。采用高速大规
模和超大规模集成电路制成码书处理器。
　 小卫星广泛采用了超小型化的电子元器件,其中包括以大规模集成电路为基础的微电子
技术的微型计算机、大容量固态存储器（容量达2×109比特）、低频/直流放大器等混合集
成电路、中频/高频放大器、单片微波集成电路（MMIC）、高电子迁移率场效应晶体管噪声
放大器（HEMPT）。
　 小卫星技术的发展趋势是：
　 1)提高功能密度，使有效载荷与卫星平台重量之比从目前的30%～50%提高到70%以上。
　 2)普及模块化公用舱，通常包括电源、姿态控制、热控制、通信和测控、数据存储等模
块，要求能灵活地适应多种有效载荷的要求。
　 3)降低发射重量、采用轻便材料、降低卫星功耗、以便使用小型运载火箭进行卫星发射
。
　 4)扩展应用领域，小卫星非常适合于局部战争和突发事件的紧急需求，也适合于全球性
的移动双向个人通信，还可用于空间科学试验、卫星远程教育、高分辨率遥感以及空间实
际轨道的通信技术演示等。
　

[影响]
　 小卫星已经出现，立刻受到世人瞩目。经过短短二十来年的发展，现在已成为当今航天
器研制的主要趋势之一。特别是现代小卫星的巨大经济优势和惊人的业绩正对世界科技和
经济以及军事领域产生巨大的影响。
　 现代科技和经济的发展造就了小卫星，而小卫星的发展又进一步推动了微电子、计算机
、卫星光学和机械、高精度机械加工、新材料、新工艺等现代科技的发展。小卫星的广泛
应用将使空间探测、环境调查、资源探测、灾害监测、海洋环境监测、移动通信等民用事
业得到更经济、更迅速、更广泛的支持手段。小卫星的发展对军事的影响也是显而易见的
。在安装上军用有效载荷之后，就可以作为军事卫星来使用。前苏联发射的300～400颗低
轨道小卫星中，有相当比例为军事所用。俄每年至少发射15～20颗小卫星用于军事战术通
信，并始终保持有40～50颗低轨道小卫星在正常工作。海湾战争爆发后，俄紧急发射了军
用小卫星，密切监视美伊两国的军事部署情况。美国紧急发射的两颗具有存储转发和多国
通信功能的低轨道小卫星，在保证多国部队的军事行动中具有上佳表现。目前已出现了定
型的小卫星，供军方使用。这种小卫星在战争爆发后的8个小时内，就可由B-52轰炸机携带
飞马座火箭在空中发射，进入轨道后就可以对战场提供情报通信业务。此外，美日等国正
在研制地球静止轨道小卫星，试图把它们放在同一轨道上，以取代大型通信卫星。其优势
是可以互为备份，即使其中一颗出了故障，仍能保持正常工作。由于小卫星或小卫星星座
在未来军事航天计划中越来越多地被采用，小卫星将成为影响军用市场的一个重要因素。
　



参考文献： 
　1、紫霄，"现代小卫星遨游大太空"，《中国航天》，2000.1，P23-26；
　2、吴崇善，"低轨道卫星侦察系统设想"，《中国航天》，1997，p13-15；
　3、W.H.Boyer，Getting on the Market for Mobile Communications，Satellite 
Communications, March,1997.

 

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