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36Space International / 国际太空2013.8皮纳卫星应用与特点分析赵炜渝 白保存（北京跟踪与通信技术研究所）金仲和（浙江大学）1 皮纳卫星发展现状国际上已有大约100所大学和研究机构开展皮纳卫 星研究，近30个国家和地区发射了皮纳卫星，截至目 前，已发射、在研以及计划研制的皮纳卫星已达300余 颗。应用领域主要包括新技术试验、通信和无线传感 器网、对地观测、雷达功能验证和标校等几个方面。新技术试验皮纳卫星新技术试验是现阶段皮纳卫星最重要的应用之 一。近年来，欧美等发达国家已经形成惯例，每年发 射一批甚至几批新技术试验皮纳卫星，从而为航天新 技术提供及时的试验机会。已通过皮纳卫星验证的技 术包括微机电系统敏感器、微型推进器、星载计算机Space International / 国际太空2013.836皮纳卫星是指质量为千克级、以微机电系统 （MEMS ）技术为基础的小卫星。其中纳卫星一般指质 量在10kg以下的小卫星，皮卫星一般是指1kg以下的小卫 星。皮纳卫星具有成本低、研制周期短、发射灵活等突出 优点，能通过组成星座、编队或卫星群完成单颗大卫星难 以实现的任务，在研发和应用上具备一定的优势：如飞行 机会更多，从而促进科学技术的更快转化和应用；任务种 类多样，从而可产生更多的潜在用户；技术门槛相对较 低，能促进更多高校和小企业参与，从而促进航天领域的 技术创新和发展。微星之光 等大量微小型化、高性能的卫星部件和组件；还有卫星编队高精度相对导航、卫星网络化通信和测控等新 体制和新方案。这些新技术试验不仅有力地促进了皮 纳卫星自身的成熟和发展，也为大型航天器提高功能 密度比和智能化提供了很好的借鉴，最终促进航天技 术的整体进步。的加拿大先进航天试验纳卫星－4、5（CanX－4、双 星 编 队 ， 由 两 颗 相 同 的 纳 卫 星 组 成 ， 每 颗 卫 星6.85kg，主要用于验证纳卫星编队飞行技术。卫星 设计编队控制精度为1m。每颗卫星配置基于商用器 件的单频GPS接收机，通过GPS差分处理手段，预计 能达到优于10cm的相对测量精度。通信皮纳卫星皮纳卫星由于质量轻、体积小、可提供功率有 限，在实际应用中，对有效载荷的微小型化和低功耗 要求十分苛刻。手持通信设备和微电子技术的飞速发 展 ， 使 得 微 小 型 化 和 低 功 耗 的 通 信 有 效 载 荷 容 易 实 现，因此基于通信应用的皮纳卫星最早进入商业化应 用。除此之外，皮纳卫星还具有不易被发现和攻击、 战时可以机动发射等特点，特别适用于作战、反恐等 快速响应的军事用途。另外，皮纳通信卫星星座可为 海上、边疆、复杂山区、沙漠等特殊区域提供通信组 网能力，是值得重点关注的领域。（1）“快照”卫星“快照”（SNAP）卫星由英国萨瑞卫星技术公司（SSTL）研制，于2000年发射入轨，主要目的是 演 示 先 进 的 、 高 集 成 度 的 纳 卫 星 技 术 。 该 卫 星 质 量6kg，携带有机器视觉载荷和铅笔大小的微型化丁烷 推进系统，用于与清华－1微小卫星进行交会。“快 照”卫星还携带有小型化的动量轮、磁力矩器，以实 现三轴姿态控制，星载GPS接收机实现自主轨道确 定。“快照”卫星是首颗实现三轴姿控的纳卫星，并 首次演示了纳卫星空间交会的能力。（2）“蛋白石”卫星（1）“阿普瑞斯卫星”系列卫星“蛋白石”（OPAL，全称为“在轨皮纳卫星自动发射台”）卫星由美国斯坦福大学研制，于2000 年1月与亚利桑那州立大学卫星－1（ASUSAT－1） 等另外4 颗卫星一起发射入轨，其主要目标是演示 子母卫星释放技术。“蛋白石”卫星在轨释放了6颗 皮卫星，其中包括完全相同的微机电系统-1 A、B （MEMS－1A、B）卫星，单星质量仅250g，用于微 机电系统射频开关的空间考核试验及雷达能力验证。“阿普瑞斯卫星”（AprizeSat）系列卫星由美国空间探索（SpaceQuest）公司研制，质量12kg，“蛋白石”卫星（3）皮卫星太阳能电池试验台－2卫星皮卫星太阳能电池试验台－2 （PSSC －T e s t b e d － 2 ） 卫 星 由 美 国 航 空 航 天 公 司 （Aerospace）研制，于2011年7月发射成功。该卫 星质量4kg，主要用于新型太阳电池试验。卫星配置 了4台高氯酸铵固体火箭发动机，每台发动机能提供40ns的冲量，用于延长在轨时间或者进行主动脱轨。（4）先进的纳太空实验－4、5卫星加拿大多伦多大学航宇研究院（UT IAS）研制 Space International / 国际太空2013.837微星之光 轨道高度650km，设计寿命10年以上。首颗卫星于2002年发射，次年投入商业运营，目前已有8颗卫星 在轨。卫星有效载荷有存储转