现代小卫星在通信领域独领
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1、现代小卫星的概念
实际上，小卫星在航天事业的早期就有了，卫星发展最初就是从简单小卫星起步的。即使在20世纪70年代和80年代大型卫星占据主导地位的时代，亦可发现小卫星的身影。最初的小卫星称为简单小卫星。从20世纪80年代中期开始，世界航天界兴起了发展小卫星的热潮。随着对小卫星认识的不断加深，小卫星的突出特点不断显现，令各国航天界刮目相看。最初，划分大卫星、小卫星仅以重量作为依据，而随着小卫星功能的不断增强，甚至可以与大卫星相比，必须引入“功能密度”的概念。功能密度是指卫星每千克重量所能提供的功能。按照功能密度划分，小卫星可划分为简单小卫星和现代小卫星两种。由于功能密度高，技术性能强，现代小卫星又被誉为“高性能小卫星”。今天人们通常所说的小卫星即就是指此类卫星。故本文以下所指小卫星也就都是指现代小卫星。
美国航空航天公司在1993年对小卫星、微卫星和纳卫星做了以下定义：小卫星是一种可用常规运载器发射的航天器，质量为10-500kg；微卫星是所有系统和子系统都全面体现了微型制造技术，并可实现一种功能，质量为0.1-10kg；纳卫星是一种尺寸减小到最低限度的微卫星，其功能有赖于一种分布式星座结构来实现，质量小于0.1kg。
2、现代小卫星的特点
目前，小型卫星技术的发展如火如荼。现代小卫星具有许多大卫星所无法比拟的优点：
（1）发射方式灵活。它能够机动发射、生存能力强、能适应未来战术作战的需要。
（2）体积小，重量轻，因此既可以利用大型卫星发射火箭的剩余能力进行搭载发射，也可以一箭多星发射或用廉价运载火箭发射，从而可以大大节约发射费用。
（3）研制发射成本低，系统投资少。采用成熟、先进的技术，运用科学的管理手段，加之可以多种方式发射，可以使小卫星的整个研制和发展成本得到降低。
（4）结构简单、设计研制开发周期短、制造要求条件不高，可以采用标准化星体和模块化设计，从而可以批量生产和储存，便于即时发射和补充。国外一些航天大国的现代小卫星，从立项研制到发射，一般仅需要一到两年的时间。
（5）技术性能高。主要体现在卫星各分系统本身和有效载荷两方面。卫星分系统以“功能密度集”来表示技术水平，也就是每千克重量所能获取的最大功能。有效载荷的功能密度随着卫星应用的不同而有不同要求和指标。
更为重要的是，由小型卫星组成的星座，使大型卫星也甘拜下风。许多小型卫星的编队飞行，相当于一个大型卫星。每一颗卫星既能独立完成自己的任务，还可以在太空中对其进行改装。
小型卫星星座的优点还体现在因成员卫星分散而带来的基线的增大、编队即时改编能力强等方面，必要时还可通过增大卫星数量完成原地升级。再者，由于组成卫星的编队飞行，单颗卫星发生故障最多只会导致自身退役，而不会使整个星座彻底瘫痪，其余完好的卫星可以重新排列来弥补故障卫星的空缺，所以，整个系统的抗毁性很强。这一简单的方法还使得地面控制人员只需要进行类似“拨入号码”的操作就可以赋予系统新的任务。另外，通过卫星的重新分布，星座还可以组成适当规模和间距的卫星群以满足特定的重访率。
从上述种种优势不难看出，小卫星走俏太空是航天技术发展的必然。
小卫星应用于通信
小卫星一般在低轨道使用，成本低，特别适合稀路由，非实时、低成本的通信应用，在众多的通信手段中具有很强的竞争力。非实时通信业务在人们的通信中占有非常大的比例。这里主要介绍小卫星是如何实现非实时通信及其在特殊环境下的应用。
1、用小卫星实现存储-转发通信
如果地球上的某位置A欲发给位置B信息，由于种种原因不能直接由A到达B，只有借助小卫星转发，当小卫星运行到位置A时，地面站A将发给位置B的信息发给小卫星，小卫星将信息存储在星上的存储器中，当小卫星通过位置B时，将存储在星上存储器中的信息发给地面站B，这样就完成了信息的存储-转发过程。
2、存储-转发通信在我国的应用
(1)农村邮电通信。我国约有24万个行政村，目前仍有相当数量的行政村无法实现通电话，甚至有些边远地区无法通邮。采用小卫星存储转发技术可解决通邮问题。采用一颗小卫星就可以解决几千万甚至上亿人的通信问题。
(2)边防哨所的通信。我国的边防线很长，大部分边防线处在人烟稀少，甚至没有人迹的山区，边防哨所与总部通信相当困难，有时会因为突发事件，造成大的损失。解决边防通信的最好办法是在边防哨所配备卫星终端设备，采用小卫星存储转发通信，可以解决边防哨所的通信问题。
(3)大海、大江渔船的通信。茫茫大海看不到边，滔滔江水望不到头，远洋船队或出海渔船，需要时刻保持与陆地的联系，否则船队就像断了线的风筝，船上出现问题，不堪设想。所以在船上安装卫星通信终端，保持与陆地的通信联系，甚至通过接收卫星遥感数据确定鱼群的位置，提高生产效率。
(4)在勘探和探险中的通信。勘探队和探险队若采用卫星存储转发通信，可以及时将采集到的信息传送到总部，并可及时得到总部的信息与指示。
(5)各种应急通信系统。对自然灾害，如地震、水灾、森林大火等，通过卫星存储转发通信系统可以立即架设通信终端，建立通信网络，及时与外界建立通信联系，以减少损失，及时取得外来援助。
(6)提供个性化服务。由于国家开放了数据业务的经营权，国内许多ISP公司向用户提供因特网及其增值业务。例如，通过卫星可以对移动用户、勘探队、探险队和临时性用户提供电子邮件存储转发业务及其他个。对一些商用网用户还可提供专用组网工程。此外，对一些特殊用户还可以采用会员制及各种临时服务的方法，提供给用户感兴趣的地球遥感图像和数据，如为登山队及探险队提供特定地区地面积雪的情况和水文情况等。
小卫星的发展前景
1、国外微小卫星近期发展状况
据有关资料显示，自八十年代以来，国际上微小卫星的发展十分迅速。目前世界上已经有十多个国家涉足小卫星研制领域，美国、俄罗斯、法国、英国和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、西班牙和以色列等许多中小国家也都以研制小卫星为切入点，带动航天技术的发展。
移动通信日益成为卫星应用的焦点。在这场通信卫星太空轨道争夺战中，小卫星风头正劲。在广袤的外层空间，小卫星通信网的建设热潮涌动。以小卫星组成的星座，正在带领人类走进通信新天地。
近几年来风起云涌的移动双向个人通信市场，推动着小卫星市场的飞速发展。利用由小卫星星座构成的通信卫星网实现个人手持机双向移动通信，不仅可以用于话音通信，而且还可用于传送数据、传真、图像和寻呼信息以及定位等。
另外，这种通讯方式还具有手持机发射功率低、延迟小、没有死角等优点，市场应用前景十分广阔。
显然，今后若干年，研制和发射小卫星将肯定有利可图，但目前这一市场尚未成熟，许多方面仍需要改进。AeroAstro公司认为，未来的卫星市场将是一个两极分化的市场，卫星的有效载荷要么变得越来越小，要么变得越来越大，中等规模的卫星将会越来越少。
针对所谓“超小型卫星”的试验，目前也正在进行之中。如果一切顺利的话，三年后，制造商将会制定出可行的开发计划。随着政府机构、公司、大学、社区甚至富有的个人纷纷加入小卫星应用的行列，未来小卫星必将拥有无限风光。
2、国内对通信微小卫星的需求
（１）边远山区和农村通信落后亟待解决。我国国土面积大约一半是荒山林区，海边防有6500多个岛屿。分布于上述地区的物资流动、人口流动、知识流动是国家经济发展至关重要的环节。但由于作为上述流动的先决条件―――信息流动的落后，极大地制约着农村的经济发展。
自农村经济改革后，我国乡村较早重视了公路建设，但由于对信息的重要性认识不足，所以导致了通信设施建设落后于公路建设的特殊现象。利用卫星解决农村通信，具有快速扩大覆盖面、无线路投资和成本与通信距离无关等优势，是我国尽快解决农村通信落后问题的理想途径。
（２）根据移动通信与乡村通信的稀路由特点， 利用几颗小卫星组成的星座具有优势。稀路由是一种用户密度概念，通话量收入与通信设施投资比值低，称为稀路由，反之称为密路由。我国边远地区和乡村处于通信需求的初级阶段，通信设施落后，经济承受能力低，每个用户利用通信设施进行的通话量也很低，这是我国乡村通信具有稀路由特点的重要原因。
但我国边远地区和乡村通信又具有住地分散、用户总数规模大的特点。如果以县、村通信为重点，先解决村用公用端机的普及问题，目前既可使用户能承受较低通话费，也可在面向全国的情况下充分利用卫星信道，实现分散化和稀路由的集中管理，这对我国通信业的发展可以说是进入良性循环的开端。
（３）我国经济的快速发展，将加快稀路由向密路由的过渡，所以采用可逐步增加数量的小卫星群更加合适。稀路由向密路由过渡，是通信随着经济发展而必然产生的现象。一方面，在国家逐步加强农村改革开放力度、不断增加农业基础设施投入的过程中，随着通信设施的更加完善和通信需求的增加，各地区实际上处于稀路由向密路由过渡的过程。另一方面，通信本身是使物资流动、人口流动和知识流动不断受益的媒体，从中获得效益后会提出对通信的更大需求，也会形成从稀路由向密路由自然过渡的过程。
由小卫星组成的星座，可先发射几颗卫星，再增加几颗，既能发挥小卫星成本低、周期短的优势，又可适应稀路由向密路由过渡通信需求的增长。将稀路由用户集中起来，用小卫星星座方式迈出商业经营的一步，就会跨越传统通信网需要多年才能迈出的很多步。
3、我国对通信应用技术的研究
（1）系统设计和终端技术。此方面是指包括由微小卫星星座组成中、低轨道移动通信系统技术，特别是微小卫星星群区域覆盖、区域移动通信系统设计技术，以及地面站和终端技术。对于微小卫星实现实时通信的途径，理所当然的是采用多星组成星座，但是在具体的部署建设中，如何采用最少的星，实现对局部地区的覆盖，这是一个需要研究的问题。
（2）高速数据传输技术。在大卫星中普遍采用的功率和频谱效率都比较高的QPSK技术是否可以用于微小卫星通信系统中，这也是需要探讨的一个问题。从技术角度讲，应该来说此方案是可行的，但是需要在复杂性、可靠性和成本之间作一个平衡折衷。如果采用这个技术，将可以减小便携地面站的体积和提高通信的速率。
（3）传输容量优化设计。对于存储转发业务，一颗卫星可以服务多少用户需要科学计算。具体的做法是：根据用户的类型与分布、业务的类型与模式以及所要求的服务质量，可以对卫星传输速率和星上的存储单元容量进行科学的估算，从而为卫星的总体设计提供可靠的依据。
小卫星的未来展望
大量高新技术的应用、先进管理方法的使用和崭新设计概念的出现，必然会促使小卫星研制技术和应用技术的不断进步，由此将引起卫星研制和应用领域的一场革命。
微小卫星的出现，使卫星用户从单一的国家，变成国家、部门、单位乃至个人的多元化。它的出现为天网-地网合一的立体化的信息高速公路提供了技术支持，为21世纪的通讯、航天和环境与资源等领域喻示了可持续发展的新架构。小卫星公司的负责人对未来的市场形势很有信心。更重要的是，小卫星的发展，将在未来通信、航天和环境与资源领域显示出极大的潜能。小卫星的研制开发，无疑是卫星研制和应用领域的一个新的起点。大量事实证明，现代小卫星正走俏国际空间技术市场，日渐威风，小卫星产业也必将成为21世纪的明星产业。