军用微卫星 争妍瑶池第一花

卫星在现代战争中的巨大作用已经毋须赘言，但其研制时间和成本也同样惊人。一个军事卫星系统从概念设计到交付使用往往需要几年甚至十几年的时间，而每颗卫星的研制和发射成本少则数千万美元，多则十几亿美元。一旦发射失败或发生故障，不但意味着重大的经济损失，还将严重影响军事部门的相关计划或行动。在此背景下，20世纪80年代末国际上出现了小卫星热潮，并且愈演愈烈。

小卫星通常是指质量在1 000千克以下的卫星，也有专家进一步将它们细分为小卫星、超小卫星、微卫星、纳卫星和皮卫星。小卫星和超小卫星的质量分别在1 000千克和500千克以下，研制时间各不超过3年和2年。这两类卫星目前在军事和商业领域均有应用，但其制造与发射成本往往超过5 000万美元，并没有完全达到人们的期望。纳卫星和皮卫星质量分别在10千克和0.1千克以下，由此预计其成本将极具吸引力，但它们至今尚处于探索阶段，还远远谈不上实用化。相比之下，微卫星质量在100千克左右，研制时间不超过2年，制造与发射成本有望控制在2 000万美元以下，而且技术上日渐成熟，理所当然成为当前各国重点追逐的对象。

卫星中的“Pc机”

微卫星从设计到投入运行一般仅需不到2年的时间。这一方面得益于其结构简单，便于采用标准化平台和模块化设计，可以批量生产和存储，因此大大缩短了设计、研制和制造过程。另一方面，在于其入轨后可以立刻投入使用，不像普通卫星那样需要漫长的在轨检测和校正。在各国军事部门日益强调快速口向应能力的今天，这一优点令微卫星倍受青睐。此外，微卫星还有一个吸引人的地方，就是可以采用多种发射方式，既可以利用小型运载火箭发射，也可以在大型火箭发射其它卫星时搭乘“顺风车”，还可以一箭多星方式发射。更重要的是，借助于创新的设计理念和前沿技术，微卫星正在迅速提高功能密度，这有点类似于个人电脑。与五年前相比，个人电脑的大小尽管没有多少变化，但速度、存储容量等已有天壤之别。微卫星也是如此，尽管针对不同的应用，其尺寸和质量变化不大，但能力则随着技术发展而与日俱增。正如英国萨瑞卫星技术公司的首席工程师所言：“从许多方面看，微卫星就是卫星中的个人电脑。”

目前，微卫星已在民用领域证明了自己的能力和价值。这方面最有代表性的例子当属“灾害监视星座”(DMC)。这是第一个在国际合作基础上，由低成本微卫星组成的民用地球观测卫星星座，包括阿尔及利亚的AlSat-I卫星、尼日利亚的NigeriaSat-1卫星、土耳其的BilSat-1卫星、英国的BNSCSm-1卫星及中国的“北京”l卫星，提供全球灾害监测等多种遥感应用服务。

在民用领域取得成功的同时，微卫星开始迅速登上军事舞台。迄今为止，英国、美国、法国等航天大国已经先后发射了各自的军用微卫星，其应用涵盖战术侦察、电子侦测、通信、导弹预警、空间攻防等多个领域。

“战术光学卫星”

大型侦察卫星通常执行战略侦察任务，很少有机会用于战术侦察，即直接为战术部队提供信息，这一空白恰好可由微卫星填补。此类微卫星通常搭载高性能侦察设备，运行于近地轨道，可根据战术部队的需要拍摄指定区域的图像，并在几分钟内将图像传送给战场指挥人员。可见，如果将大型侦察卫星比作有人侦察机的话，那么微卫星就是小型或微型无人机，它们将卫星的使用范围由军师级扩展到战区各级指挥人员乃至单兵。英国的“战术光学卫星”(Topsat)就将目标对准了战术侦察。

Topsat的研制始于2000年，由英国国防部和国家航天中心联合投资。按设计，这是一颗军民两用卫星，可为商业用户提供多种遥感服务，包括救灾、环境监测、作物管理、土地利用等，但英国国防部投资该项目的真正目的是发展低成本、能快速发射，并由战术部队控制的微卫星。就此而言，Topsat扮演的是探路者的角色，用以考察微卫星执行战术侦察任务的可行性。2005年10月27日，Topsat与“北京”l卫星一同发射升空，定位在距地686千米的近地轨道。外界评论认为，这是英国军方向部署微卫星迈出的第一步。

据透露，Topsat质量为130千克，成本仅为同等性能大卫星的20％。其上搭载了由卢瑟福一阿普尔顿实验室专门开发的高性能光学相机，可提供分辨率为2.5米、幅宽为15千米的黑白图像，以及分辨率为5米、幅宽为10千米的多光谱彩色图像。这足以分辨地面目标是一辆坦克还是一辆卡车。此外，他们还专门研制了Rapids机动地面站。在“陆虎”车上安装小型圆盘式卫星天线，能近实时接收卫星图像。

理论上，一个由5-6颗Topsat组成的星座，每天至少可对地球上的任何一点成像一次。

2005年12月7日早上，地面站接收到Topsat传送的第一幅图像。图像清楚显示了伦敦北部市区的大型建筑物，包括桥梁、购物商场、体育场等，甚至伊丽莎白女王二世大桥的交通情况也依稀可辨。英国军方和工业界对此自然是欢欣鼓舞，声称这表明英国在这一竞争激烈的领域走在了世界前列，并且标志着“英国辉煌历史又书写了新的一页”。

“战术卫星”系列

2002年下半年，美国海军研究实验室向五角大楼提交了一份报告，提出发展低成本的微型和小型卫星，以尽快实现卫星的战术应用。这份报告博得五角大楼转型办公室的高度评价，后者随即制订并启动了“空间作战快速响应”计划，着手研制“战术卫星”系列实验卫星，以使美军“能在数周或者数月内而不是用数年形成太空能力”，并快速响应地面战术部队的需求。至今，“战术卫星”系列已出现五种型号，即“战术卫星”1、2、3、4和5。其中“战术卫星”1、4由海军研究实验室牵头研制，“战术卫星”2、3、5则由空军研究实验室负责。

“战术卫星”1在质量上最符合微卫星标准，并最早完成设计、组装和测试，但由于发射它的“猎鹰”1火箭不断出现技术问题，导致2004年初的原定发射日期一再推迟。它主要用于验证：与空中平台实现互联；获取战场上的目标图像和电子信号；通过军方保密PCP／IP路由网传输数据等任务。

“战术卫星”2由“半人马座”火箭发射升空，是“战术星”系列中第一个成功入轨的型号。它搭载分辨率高达l米的地球表面成像仪。将在6～12个月运行期内进行多项试验，包括将拍摄到的目标图像在几分钟内传送给战场指挥官。不过，对于美国空军来说，“战术卫星”2发射成功的更大意义在于验证了快速响应能力：在15个月内设计、制造、试验并交付一颗任务就绪卫星，接到任务1周内发射并运行卫星。

“战术卫星”3率先采用标准化平

台，进一步提高了快速响应能力。另外，其主要载荷――“先进战术快速响应军用成像光谱仪”(ARTEMIS)，与“全球鹰”无人机上的超光谱成像仪类似，能快速侦察地面的伪装和隐藏目标。并能提供更多的周围地形信息，从而帮助确定地面是否适合飞机起降或车辆进出。

“战术卫星”4也被称为“通信试验卫星”，搭载UHF通信转发器，主要用于验证超视距通信。与上述三种型号均定位于近地轨道不同的是。“战术卫星”4将运行于远地点12 000千米、近地点400千米的大椭圆轨道。这与其主要用于验证超视距通信有关。众所周知，卫星运行在近地轨道可以提高分辨率，但每天在目标区上空只能逗留短短几分钟。而采用大椭圆轨道可使逗留时间增至数小时，同时能提高通信载荷的利用效率。

“战术星”5目前处于设计阶段。2007年1月，美国空军研究实验室向工业界其载荷征询信息，称主要关注通信、战场空间特征描述和空间态势感知三个应用领域，其中战场空间特征描述拟使用雷达、可见光传感器、紫外或红外传感器等载荷。

“实验卫星系统”

攻击敌方卫星或保护己方卫星是空间攻防的重要内容，而这两项任务非常适合由微卫星承担，因为此类卫星自然不会太大。事实上，西方国家已经对此有过很多研究。一般来说，反卫星分为轨道反卫和动能反卫。前者是将微卫星发射入轨后，通过变轨逐渐靠近目标，并以逆轨为主，以获得较大的相对速度；后者不必入轨，从地面发射后，靠自身动能靠近目标。从攻击手段看，又分为非接触和接触式两类，前者包括电磁干扰、激光照射和向对方喷洒凝胶等手段，后者包括碰撞和发射小弹头等。在防御方面，微卫星特别适合充当重要卫星的“护卫”，对逼近的“威胁”做出必要反应。

美国近年实施了多项反卫星研究项目，其中“实验卫星系统”(XSS)受到普遍关注。该项目由美国空军负责，先后研制和发射了两颗微卫星――XSS-10和XSS-11，以演示和验证其自主逼近目标的各项技术，如在轨检查、交会与对接、重定位、逼近绕飞等。

XSS-IO卫星由波音公司研制，重28千克，2003年1月由“德尔塔”Ⅱ火箭发射入轨。在距地800千米的轨道上，XSS-10卫星曾三次逼近“德尔塔”Ⅱ火箭第二极，分别在200米、100米和35米的距离上，对火箭第二极进行了拍照。

XSS-11卫星由洛马公司制造，2005年4月11日由“半人马座”火箭发射入轨，进入距地约850千米的预定轨道。该卫星重145千克，采用三轴稳定，携带15千克推进剂，能以大于28°的倾角在2.4千米之外观测目标，且具备在轨成像能力。其核心部件是抗辐射PowerPC750处理器，可使卫星自主规划与执行交会任务。在为期一年多的任务期间，XSS-11卫星先后与位于同一轨道内的6-7个空间物体进行自主交会。这些空间物体均为美国所有，包括废弃的火箭上面级或失效的卫星。例如，2005年7～10月，XSS-11卫星先后三次和“半人马座”火箭上面级交会，二者之间的距离由1.5千米递减到0.5千米。

XSS项目曾引起广泛评论。虽然美国空军一再宣称它属于非武器验证项目，但仍有国家公开指责这是部署太空武器的前奏。毕竟，一颗卫星如果具备“靠近另一颗卫星并拍摄图像”的功能，那么摧毁敌方卫星或干扰其通信自然不在话下。不过，也有太空专家嘲笑XSS的设计是不现实的，因为“武器需要快速响应时间才有较高的成功几率，花费几天甚至几周时间缓慢移向目标实在愚蠢”。

“蜂群”

由多颗微卫星组成星座理论上可以发挥一颗大卫星的功能，法国人率先进行了这方面的尝试。

2000年12月，法国国防采办局投资8 000万欧元，委托EADS AstlSum公司研制名为“蜂群”的微卫星系统。整个系统由太空段和地面段两部分组成。太空段包括4颗各重120千克的微卫星，其中1颗备用。地面段包括x波段终端，安置在法国国防采办局武器电子中心，用于接收微卫星传回的数据。专用的卫星控制中心则位于法国航天局在图卢兹的工作区内。

2004年12月18日，4颗微卫星随“太阳神”2A光学侦察卫星同被“阿丽亚娜”5火箭发射升空，并于2005年5月开始了为期三年的运行。在700千米的太阳同步轨道上，这4颗微卫星编队飞行，彼此相隔30千米，呈菱形分布，从轨道上侦测下方5 000-6 000千米宽条带内的无线电和雷达信号。

在指定区域上空，“蜂群”星座可提供10分钟侦测时间。法国军方表示，虽然“蜂群”系统主要用于技术验证，但也具备某种程度的实用性。

“蜂群”系统的微卫星以法国航天局和EADS公司合作研发的平台为基础。为了满足重量和尺寸要求，研究人员引入了最先进的技术，如砷化镓太阳能电池、锂离子电池、高集成电子元件和光纤陀螺仪。值得一提的是，2004年1月，法国国防采办局签订了一份价值1.24亿欧元的合同，要求开发SPIRALE微卫星系统，计划用于导弹预警，预定于2008年由“阿丽亚娜”5火箭发射升空。

瓶颈所在

总体来看，军用微卫星正呈方兴未艾之势，不但性能日渐提高，而且应用范围也在不断拓展。不过，目前制约其发展的因素依旧不少，特别是对单颗微卫星来说，需要解决或缓解工作寿命短、重访时间较长、难以按需灵活变轨等一系列问题。在专家眼里，目前最大的问题并不是技术问题，而是成本问题，主要是发射费用昂贵。例如美国价格最低的运载火箭，其发射费用也得1 200万～1 500万美元，远远超过微卫星的制造成本。而比较理想的情况是，平台、载荷和运载火箭的成本大致相等。因此，当务之急是寻找或开发廉价的发射方式。

欧洲一些国家的做法是，利用由苏联洲际弹道导弹改装的运载火箭发射微卫星，例如英国借用俄罗斯“宇宙”3M火箭发射其Topsat。这些运载火箭已大量生产，设计与制造的质量及可靠性相当不错，而且发射费用非常便宜，只有西方同类运载火箭的1／3。基本与卫星成本相等。但这种把希望寄托在别人身上的做法毕竟不是长远之计。法国由于拥有“阿丽亚娜”系列运载火箭，至今一直坚持以搭乘方式发射微卫星，而且从未公布有关发射费用的信息。

在美国，五角大楼由于受限于政府规定――由美国政府投资制造的军事卫星必须用美国的运载工具发射，而无法照搬英国人的做法，加上其一心要实现快速响应能力，因此正在加紧发展适合发射微卫星的低成本运载火箭。2003年11月，美国空军和一家私营公司――SpaceX公司签订合同，要求研制“猎鹰”1两级运载火箭，目标是提高可靠性、降低发射费用和缩短发射周期。其中成本目标是：基本型能以670万美元将500千克载荷送入近地轨道，改进型能以600万美元将2 025千克载荷送入近地轨道。不过，被寄予厚望的“猎鹰”l后来屡屡出现问题，并直接导致“战术卫星”1至今未能升空。尽管如此，美国空军目前仍然支持“猎鹰”1的研制，并相信它终将成功问世，成为迄今为止最为廉价的运载火箭之一。

按照专家的预测，一旦解决了发射费用问题，军用微卫星将在今后五年内得到蓬勃发展。届时，太空实力版图将因它们的加入而有所改变，甚至面目一新。不过，从性能上看，目前微卫星(包括小卫星)尚无法取代大卫星，因为后者具有很大的覆盖范围和很长的寿命，这是微卫星无法比拟的。事实上，在可以预见的未来，军事部门仍需要大卫星完成如大范围持久监视、远距离通信、全球导弹预警等重要任务。