全球航天这十年卫星篇

航天新观察

2020/1/6

第 229期

从型号的更新换代到星座体系结构的演进，人造地球卫星产业十年间不断变化。评价火箭的变化，主要看成本、运力，而卫星的变化要素更加分散，难以一言以蔽之。从大方向上来看，人造地球卫星的十年发展主要体现在三个方面：一是星座内卫星数量大幅增加，二是单个卫星趋于小型化，三是商业参与成分更多。

先看通信卫星星座。十年前，主流星座基本上都是由几颗卫星组成，包括军星和政府卫星在内，每次发射的同类卫星也大多在3颗以下。只有一个项目独树一帜，那就是著名的美国通信公司运营商GlobalStar（全球星）公司部署的小卫星通信星座，从1998年开始将GlobalStar卫星陆续发射入轨。公司原计划在近地轨道部署120颗卫星、建立全球通信网，但坚持到2013年就难以为继，被地面蜂窝通信基站彻底击败了。因此，2013年2月完成最后一批次发射入轨后，再也没有后续星发射。这也是继2000年左右第一代铱星星座（Iridium）计划破灭之后，又一个低轨大型星座部署计划遭遇失败。

▲地面通信基站击败了GlobalStar

2000年、2010年，铱星、全球星相继陨落，到现在的2020年，似乎又是一个低轨通信热潮的兴起。然而，今天和10年前、20年前在低轨通信星座领域发生的事情惊人地相似，难道这是卫星发展的轮回吗？当前，多个低轨互联网星座正在研制和发射入轨，都是批量发射的、单星重量在1吨以下的小卫星、微卫星、纳卫星、立方星。其中最让业界拭目以待的是第二代铱星（Iridium-NEXT）星座，不仅因为20年前铱星计划曾经破产过，更因为Iridium-NEXT星座已经在2019年1月部署完最后一批，可以在轨提供商业服务了。Iridium-NEXT星座部署用了仅两年时间，每次发射10颗Iridium-NEXT卫星。虽然第一代Iridium卫星在上世纪90年代也是一次发射多颗入轨，但单次发射数量要少得多，且部署周期也长得多——大约持续了5年时间。

十年前到今天，大型卫星订单锐减，百公斤级及以下的小卫星订单显著增多。新生代批量化入轨的全球互联网小卫星星座，其中代表当属已经有星入轨的Starlink、OneWeb星座。Starlink的卫星2019年有2批入轨，每批60颗。据说SpaceX公司计划2020年共发射24次星链卫星，平均每月两次——宙叔表示很震惊，其汹涌程度远超想像啊。OneWeb进度稍慢，2019年仅6颗入轨。O3b星座卫星2013年以来持续批量入轨，未来将继续部署、从而形成全球天基互联网通信星座。与Starlink、OneWeb低轨星座不同的是，O3b属于中高轨道。后续准备研制入轨的还有LeoSat、TeleSat、Kuiper等星座，其它规模较小的太空蜜蜂（SpaceBEE）、蜜蜂卫星（BeeSat）、S-Net系列等星座也都在入轨部署中。看上去，这一波大型或巨型低轨全球通信星座，来势比十年前更猛。

▲被天文学家诟病的星链

再来看遥感卫星星座。除了低轨通信，低轨遥感领域也出现了多个由大量小卫星组成的星座，这在十年前也是没有的。十年前的小卫星大多由国家层面的机构领衔研制，如ESA、NASA、JAXA等，并主要用于测试，几乎没有正式的或者规模化的应用。而现在的遥感星座，如“鸽群”（Dove）、狐猴（Lemur）等已经在数据应用中大显身手，AeroCube、FORMOSAT等各类验证卫星也批量化入轨。

▲从国际空间站释放的“鸽群”卫星

商业化的趋势，就无需多言了。过去常见的模式是国家航天机构发布星座计划、商业公司作为承包商参与其中，而今天，商业公司独挑大梁构建、发射、运营星座已经不再新鲜。

遗憾的是，卫星载荷技术十年前后的差别却似乎并不大，至少不是颠覆性的。十年的确还不足以颠覆一代卫星的核心技术，卫星完全的更新换代是需要长时间积累的。当然，相对而言，还是有一些突破性的技术和应用诞生并入轨工作。

例如激光通信中继卫星，十年前还没有真正应用，十年后开始在轨应用，有望形成颠覆性的能力。全球首颗面向在轨应用的激光通信卫星EDRS A卫星在2016年发射入轨时还是寄宿载荷——寄宿在Eutelsat 9B卫星上，到了2019年的第2颗发射即EDRS C时，就已经是唯一的主载荷了。未来的EDRS D、EDRS B卫星也将陆续发射，从而在轨道上形成更大规模的激光通信中继能力。尽管目前还处于非常初期的阶段，并且仅仅只有两颗卫星在轨，激光通信必将对未来在轨数据传输带来巨大变革。

▲EDRS激光通信原理图

再例如电推进卫星。十年前这仅仅是一项验证技术，而近几年已经逐步走向成熟了。2010年发射的“先进极高频卫星”1号，最后依靠电推进完成轨道转移任务。到了2015年，美国制造的全球首批全电推进商业通信卫星ABS 3A和Eutelsat 115 West B成功发射，并使用离子推力器完成轨道转移和位置保持任务，这意味着电推进技术的成熟化、产业化。到今天，电推进卫星越来越多——要么全电推进，要么电推与化学推进混合使用。

这十年入轨卫星的总数量，远远超过十年前；这些以微小卫星为主的入轨卫星，正在实现不低于、甚至超过十年前大卫星的通信、遥感能力与应用价值。总结这十年的人造地球卫星发展——星座更大、卫星更小、关键技术有所升级。至于卫星数据与服务能力的地面应用发展，那是另一个大大的故事了，且听宙叔下回分解。（待续）

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