谁把遥感卫星变成了小不点？

        尽管卫星应用已经非常广泛，但是卫星的制造成本对于普通企业来说，仍然高不可攀。这种情况从去年开始，发生了根 本的变化。

　　2013年11月19日，美国轨道科学公司从弗吉尼亚州的沃罗普飞行研究所发射了一枚火箭，火箭携带着29个卫星升天并进入低轨道运行，创造了单次发射数量的记录。30个小时以后，俄罗斯Kosmotras国际宇航公司把32颗卫星带入低轨道。今年1月，轨道科学公司又把33颗卫星带到国际空间站，并在一个月以后释放。

　　上面所提到94颗卫星的大部分都是按照立方体卫星(CubeSat)标准建造的纳型卫星。立方体卫星是一个边长不超过10厘米的立方体，重量小于1.3千克。有些卫星是由两到三个这样的立方体组成的。纳型卫星的密集升天，意味着立方体卫星已经从实验室里走出，用来发送有用的科学数据，并提供高价值的商业服务。

　　按照重量划分，500千克至1000千克的叫小型卫星，100千克至500千克的叫微小卫星，10千克至100千克的叫微型卫星，1千克至10千克的叫纳型卫星，0.1千克至1千克的叫皮型卫星，小于0.1千克的叫飞型卫星。

　　在未来五年里，预计会有超过1000个纳型卫星被发射到太空中。

　　开发竞赛已经开始

　　尽管遭受挫折，卫星“瘦身化”的道路已经很清晰。“在今天，你用一个小芯片，就能承载苏联时代斯普特尼克卫星的大部分功能。而且，数量级还要快得多。”康奈尔大学的教授梅森•佩克(Mason Peck)说，他曾经担任美国航空航天局首席科学家。

　　如今最有雄心的项目，是由28个纳型卫星组成的卫星群，每个纳型卫星大约由三个立方体卫星组成，边长大约30厘米。今年1月，这些纳型卫星被带到国际空间站，然后借助美国NanoRacks公司开发的卫星发射器分批释放。卫星的拥有者是总部位于旧金山的Planet Labs公司。这28个纳型卫星在给地球拍摄图片，尽管分辨率要低得多，但是他们的成本要远远低于传统的大卫星，而且拍摄的频率要快得多。

Planet Labs的纳型卫星

       Planet Labs接受了大约6500万美元的私人投资，其纳型卫星能够提供传统卫星的大部分功能，但是成本要低很多。这意味着什么呢？意味着太空产业很多过时的技术，都能够很好地被最新设备所取代，Planet Labs的创始人兼首席执行官威尔•马歇尔(Will Marshall)说。

　　离Planet Labs不远的地方，也就几公里，另外一家旧金山公司SPIRE(原名Nanosatisfi)正在开发ArduSats。这是一个开源平台，其中有两个ArduSats已经升空。ArduSats包含有一组传感器，能够执行各种各样的任务，例如定位。打个比方，有25万艘船在行走50海里的路途中，会自动发射出具有身份标识的信号。低轨道的纳型卫星群可以收集这些信号，然后不断更新船只的地理位置。这样做的成本极低，不需要借助价格高昂的卫星信号上传。如果这样的系统发展成熟，像今年3月失联的马航MH370飞机就有可能被卫星群捕捉到。

　　再往南一点到山景城，Skybox公司(已被谷歌收购)可以通过它发射的第一颗在轨微型卫星拍摄高分辨率的图像数据，它在未来几年还会陆续发射23个类似的卫星。通过天文镜来获取高分辨率的数据，以满足公司数据分析的需要，卫星的尺寸就不能变得太小了。Skybox的微型卫星大约是100千克重，在微型卫星中这是一个很普通的尺寸。这家公司引用立方体卫星的例子对它的投资者说，“用非常低的成本，把卫星发射到太空去，可以发现这个技术能让你赚更多钱。”Skybox公司创始人丹•贝尔肯斯托克(Dan Berkenstock)说。

　　从实验室到商业应用

　　立方体卫星从上个世纪90年代开始走出实验室的。当时，美国摩海德州立大学教授鲍勃•特威格斯(Bob Twiggs) 还在斯坦福大学。特威格斯对大型卫星开发项目的漫长周期十分不满，他思考如何制造小体积卫星，以降低发射成本。

　　通常而言，太空发射需要一个甚至多个有效载荷，同时需要压舱物以平衡火箭。但是特威格斯认为，只要不影响任务执行，立方体卫星可以取代这种压舱物。最佳尺寸的创意来自于装豆豆娃(Beanie Babies)的箱子。后来，在加利福尼亚州理工州立大学约迪•比格(Jordi Puig)的合作下，这个尺寸变成了标准。特威格斯还研发了边长5厘米的PocketQube，最大承重为180克。

　　得利于消费电子产业尤其是智能手机的迅速发展，众多性价比高的组件给微小卫星的发展奠定了基础。如今，一个普通的智能手机，也会包含多个重要的组件，例如测算移动速度的加速计，探测磁场的磁力计、指北针、接受卫星数据的GPS接收器、多重射频测量位置的陀螺仪、测量压力的气压计、两个摄像头等等。

　　去年，全球第一个用手机做成的手机卫星(PhoneSat)被送进轨道。这个手机卫星的原型是谷歌的Nexus One智能手机，手机被放到三个立方体卫星单元里，取名为STRaNd-1。负责开发的是Surrey卫星技术公司。Surrey公司是欧洲空中客车集团旗下的一个英国企业，专注于微小卫星领域。手机卫星的发射主要是用来测试能手机组件在太空环境中智的性能。手机会提前安装几个实验用的应用程序，这些应用程序在手机进入轨道后会拍摄照片，记录磁场。

　　制造纳型卫星并不难

　　智能手机和其他消费电子产品，带来了一揽子众多有用的技术，以完成那些重百倍、大千倍的传统卫星的众多功能，但成本大幅下降。包含发射环节，单个立方体卫星的发射成本大约为15万美元到100万美元，而传统卫星的成本大约为2亿到10亿美元。

　　较低的成本，再加上技术标准要求相对较低，这就使得纳型卫星的建造速度大大加快，而且也能接受较高风险的失败概率。纳型卫星的生命周期一般来说都相对较短，在重新回到大气层焚毁之前，其运行时间不会超过两年。所以，Planet Labs已经准备在2015年更换部分纳型卫星。

　　在一个开发周期动辄需要十几二十年的卫星行业，微小型卫星和纳型卫星突破性的建造模式及发射入轨速度，在太空产业里引起了充分重视。

　　就连美国航空航天局本身，也在寻求如何从消费电子产业获益。美国航空航天局加利福尼亚Ames研究中心的布鲁斯•优思特(Bruce Yost)说，该中心(Planet Labs的几位创始人就出自这里)已经发射了五个手机卫星，并且还准备组成一个手机卫星群，以监测它们与卫星之间的通信。

　　研究者们想获取纳型卫星的零部件并不难。旧金山就有这么一家供应商叫Pumpkin公司。创始人安德鲁•卡尔曼(Andrew Kalman)从2000年开始销售纳型卫星组件。Pumpkin公司销售的除了有几百美元的支架以外，也提供几十万美元的完整系统。Pumpkin还为美国国家侦察局提供了12个三单元组的立方体卫星，以帮助该机构展示相关技术。

　　差异化带来竞争力

　　尽管大部分围绕地球转的传统卫星都可以拍摄照片，但是拍摄出来的图片很久都不能更新，有些需要几个月甚至几年的时间。新的服务提供商则可以根据需求以更快的频率提供更新，其中有些能提供的精度高达50厘米，但是能够达到这种精度的卫星每天只能拍摄到地球的局部。

　　按照Planet Labs的说法，一旦纳型卫星组群完毕，就可以提供分辨率为3米到5米的图像，而Skybox公司采用小卫星能够达到90厘米的分辨率。根据科技和商业应用的实际需求，这些遥感图像的更新时间可缩短至几小时一次。

　　这些遥感图像数据，可以用来观测环境条件的变化、非法的砍树活动以及河道的改变等等。Planet Labs公司表示，在早期应用中，已经发现河道变化特别频繁。

　　卫星运行速度及拍摄频率的加快，将会带来很多可能性，Skybox的贝尔肯斯托克说。这家公司提供数据分析流，例如森林里的树木数量、美国停车场不同时间段的停车数量等。另外，还可以记录交通运行模式、监测基础设施、观察植被、观测工厂烟雾排放、监视港口船只等。贝尔肯斯托克说，随着数据的不断累积，还可以提供更丰富的可视化数据。（文 | 内容总监 王悦承）

（稿件来源：http://news.3snews.net/2014/1215/37339.html）