微小卫星火工释放机构市场调研及研究

摘 要：传统卫星的研制生产多是国家行为，随着世界宇航工业的发展，越来越多的企业或个人也参与到了卫星发射领域，航天器的发射、维护等高额费用已成为瓶颈。微小卫星的出现恰恰解决了这些难题。在研制过程中，微小卫星凭借其发射便捷、研制周期短、成本低廉的特点，占据了越来越多的市场份额。微小卫星释放机构用于微小卫星与母星或运载器连接，并最终将微小卫星可靠释放。随着微小卫星市场份额的逐渐增长，微小卫星火工释放机构将成为一个潜在的市场增长点。

关键词：微小卫星；火工释放机构；市场份额

中图分类号：F27

文献标识码：A

doi：10.19311/ki.1672-3198.2017.03.031

1 行业发展情况

现行微小卫星的划分方法，一般按重量来划分，分为三种：纳皮星（小于1kG）、纳星（1kG-10kG）、微小卫星（10kG-100kG）。微小卫星的轨道运行范围大多都在1000公里之内。跟一些大卫星相比，微小卫星有自己独特的优势，发射便捷、研制周期短、成本低廉，这使得微小卫星的发射可以不局限于国有大型企业或具有相当实力的民营企业，甚至一些中小型企业或个人也可以自行购买微小卫星零部件进行组装。从卫星实现的功能上看，一些大型人造地球卫星具有的功能微小卫星也能够实现。例如，军事上可实现对地侦查观测、卫星导航、卫星通信、时间校准；民用上可实现资源普查、气象监测、传输电视广播信号等。

由于一次可以发射多颗微小卫星组成星群，其覆盖面相当可观，实时性也优势明显。根据统计数据，预计2016年至2020年之间，大约会有2000颗左右的卫星微小卫星会在轨运行工作，其市场占有率也会越来越高。

2 各国微小卫星市场发展现状

近几年，美国行星实验室公司（planet labs）的微小卫星发射量高速发展，该公司看到了微小卫星的发展潜力，雄心勃勃的要建立小卫星卫星群。该公司累计发射微型遥感卫星已超过100颗，并已建成了在轨运行最大的遥感星群flock-1。这个遥感星群的优势在于能够在1小时内便可实时更新卫星图像，而目前大多对地观测的卫星拍摄的图像并不能实时更新，有的更新时间甚至会在1年以上。

日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）和日本IHI公司联合开发研制的小型火箭艾普斯龙一次可以发射10颗左右的微小卫星，该型火箭最初发射的一次费用约在2.6亿人民币。为减少发射成本，通过逐步技术改进，预计到2017年一次发射费用会减少到1.5亿人民币。

俄罗斯和乌克兰两国联合组建了国际宇航运输公司。为了整合资本和技术融合，2002年该公司决定与美国OSSS公司合作，使用第聂伯火箭发射小卫星星群，一次可以发射7颗左右的微小卫星，发射费用约800万美元，费用相当低廉。

3 微小卫星释放机构发展前景

3.1 微小卫星释放机构种类

目前，释放微小卫星的方式有两种，一种是由运载火箭先将载有几颗乃至数十颗微小卫星的部署母星发射入轨，再由部署母星将微小卫星弹射出去；另外一种是释放机构用于微小卫星直接与运载器连接，在发射段为卫星提供刚性支撑及锁定，保证卫星的可靠固定；在轨后释放卫星，并提供规定的分离速度。

微小卫星分离机构主要有热刀技术、记忆合金、火工释放机构三种方式。热刀技术的优点是无冲击，缺点是技术尚不成熟；记忆合金的优点是无污染、无冲击，缺点是体积较大；释放分离机构主要有包带式分离机构和火工释放分离机构两种形式。包带式分离机构优点是冲击小、连接强度高、结构简单，缺点是安装空间要求高，动作后有外扩；火工释放分离机构优点是技术成熟、接口形式灵活、易实现组合化、系列化。由于微小卫星体积小，释放机构既要保证良好的支撑结构、还要提供低冲击或无冲击的解锁、以及精确速度的分离，必要时还需提供收纳、分离信号等多项功能，因此火工释放分离机构将成为目前微小卫星较好的选择。

3.2 微小卫星火工释放机构市场预测

微小卫星发射便捷，研制时间短，既可以与其他卫星组批发射，也可以根据需求一次发射多颗，发射成本较为低廉。每一颗微小卫星的固定与解锁必然要使用释放机构，因此研制一种平台化、通用性、低成本的放机构是微小卫星应用市场的当务之急。

“十二五”期间国内微小卫星总的市场需求达到50余颗，行业现已形成每年研制出厂15颗微小卫星的研发能力。预计“十三五”期间国内微小卫星每年研制出厂将达到20颗，总发射量在100颗以上。按照每颗微小卫星1000万元造价计算，火工释放机构占到造价的0.5%，市场份额将达到5000万元，市场潜力巨大。

目前，我国正值航天事业的高速发展阶段，由于航天技术的进步，我国微小卫星发射数量也不可小视，总体呈上涨趋势。同时，微小卫星的寿命较短，一般为2-3年，因此微小卫星以新代旧的需求量也会以较快的速度增长。

3.3 微小卫星火工释放机构发展方向

新型释放机构的研制开发目标为推出体积小、重量轻、成本低、可靠性高的释放机构平台产品，供小卫星系统选用。

根据广泛的调研，瑞典的RUAG Space公司是一家专业生产释放机构的航天企业，提供各种类型标准卫星释放分离系统。其中该公司提供的一种小卫星释放分离机构如图2所示。该结构提供三点连接固定、三点分离解锁，利用一发火工切割器执行解锁动作。该机构产品包括PAS175和PAS400两种型号，能够为10kG-100kG不同重量微小卫星所使用。该产品至2011年12月已经实现了460次的在轨分离，成功率100%。该结构实现了稳定的连接、可靠的解锁，以及低廉的成本。

RUAG公司的释放机构为我所开发平台化释放机构提供了很好的思路，利用三点连接、三点分离，同时减少火工装置的使用数量。

目前微小卫星火工释放机构的发展方向是卫星平台产品结构形式相同，根据不同重量的卫星的释放要求提供不同规格产品。可以保证技术的成熟性和延续性，降低产品的研制风险和重复验证数量。所有平台产品使用相同火工装置实施解锁动作，尽量实现机构零部件、标准件的通用化、标准化，从而降低生产成本。平台产品应做到批量生产、批量加工，作为货架产品推向市场。

4 结论

微小卫星的成功使用在航天领域引发了一场技术革命，由于在通信、遥感、侦查等各方面发挥的重要作用，越来越多的微小卫星将被发射升空。由于其低成本、研制周期短等特点，适应不同重量卫星释放要求的平台化、系列化的火工释放机构将是未来微小卫星分离方式的一种发展方向。

参考文献

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