奇异的麻雀卫星

奇异的麻雀卫星

看到这个题目，读者可能多少有些迷惑，什么是麻雀卫星?其实这只是个比喻，麻雀卫星是说只有麻雀那样大小的卫星。在科学技术迅猛发展的20世纪末期，航天技术突破了传统的单星功能“多而全”的思想，已呈现出了一种新的发展趋势和新的设计思想，典型代表就是现代小卫星系统。

小卫星是指质量小于1吨的卫星。按照质量范围的不同，它主要包括小型卫星(0．5～1吨)、超小卫星(0．1～0.5吨)、微型卫星(0．01～0.1吨)和纳米卫星(小于0.01吨)。

近年来小型卫星在国外的发展已初具规模，比如“铱”卫星通信系统，由66颗重0.7吨的小型卫星组成网络，从而实现全球“无缝隙”通信，可以说是名副其实的“全球通”。由清华大学研制的我国第一颗小卫星“清华”1号，属微型卫星，它可用于太空科研、环境监测、特种通信和科普教育等。

美国、德国、日本、韩国等国家都已在竞相研制和发展微型卫星。

纳米技术的迅猛发展，特别是微机电系统的初步成功，为军事科技工作者研制纳米武器奠定了物质基础。他们尽情发挥想像力，研制出千奇百怪的战场“精灵”。

美国于1995年提出了纳米卫星的概念。这种卫星比麻雀略大，质量不足10公斤，各种部件全部用纳米材料制造，采用最先进的微机电一体化集成技术整合;具有可重组性和再生性，成本低，质量好，可靠性强。一枚小型火箭一次就可以发射数百颗纳米卫星。

若在太阳同步轨道上等间隔地布置648颗功能不同的纳米卫星，就可以保证在任何时刻对地球上任何一点进行连续监视，即使少数卫星失灵，整个卫星网络的工作也不会受影响。

卫星越小，技术含量越高。纳米卫星和“清华”1号卫星相比，整体功能相近，但质量更轻，在10公斤以下，还能应用于卫星之间的通信实验等。

纳米卫星是采用微型机电技术，将主要设备分别做在若干块芯片上的卫星，又称为“芯片级卫星”，用一枚小型运载火箭发射数百颗乃至上千颗卫星，组成卫星网络。这种卫星具有极强的生存能力和灵活性。

现代小卫星系统之所以受到世界各国军事家们的青睐，主要是因为它们具有下列特点。

发射灵活:它们可以使小型运载火箭通过铁路、公路机动应急发射，也可以用飞机从空中发射，从而满足军队的应急需求。

研制期短:比如“铱”卫星一年就可生产100多颗，平均每颗卫星的生产周期为21天，并且生产成本也较低，便于批量生产。

作用巨大:现代小卫星时延短、衰减小、覆盖面广，人们可以在包括两极在内的全球任何地方与卫星沟通，实施全球通信和数据传输。

生存力强:小卫星目标较小，且行动诡秘，不易遭反卫星武器的攻击。另外还可采取互为补充的部署方式，即使个别卫星受损，也不会影响整个系统的工作。

纳米卫星与小卫星相比，重量上则要低1～2数量级，即约重0，1～10公斤。实际上，微型卫星是依靠微型制造技术和微小组件装配起来的一种全新航天器，它的系统和分系统都将由小型化、模块化组件构成，如发射机、接收器、电源、计算机均实现了模块化，从而缩短了电缆线，大幅度减轻了质量。

但是，有关专家在经过一段论证和研究之后感到如果要使卫星进一步减轻质量、缩小体积，仅仅沿用传统卫星整式结构的设计思路，要求其具有某种完整的实用功能，那么在现有的技术条件下，只能走向绝境。要使微型卫星再进一步地缩小，就必须从设计思想上来一个根本性的变革，而星座式结构的设计思想为纳米卫星的研制与发展提供了有力的理论依据。纳米卫星是一种尺寸尽可能小到最低限度的航天器，重量可以在0.1千克以下，即每颗不到100克。

纳米卫星的核心部件由微电机、激光陀螺仪以及有关传感器和发射机等组成，并把这些部件都集成安装到半导体圆片上。它采用了微机电系统中的多重集成技术，利用大规模集成电路的设计思想和制造工艺。正是由于采用了这些技术和工艺，所以它能把机械部件像电子电路一样集成起来，而且把传感器、执行器、微处理器及其他电子和光学系统都集成在一个极小的几何空间内，形成机电——体化的具有特定功能的卫星部件或分系统，使整个装置既轻小、坚固，可靠性又较高。

由于它的整体功能是由几个:卫星共同来完成的，而不是靠纳米卫星中某一个单独来执行的。因此，如果某卫星损坏后虽然会降低某些功能，但不会影响全局;只需通过置换损坏的部分即可得以修复，可以避免承受大的损失和系统失败所带来的风险，使可靠性大大提高。纳米:卫星也具有相当的可重组性:由于它主要借助微机电系统技术和专用集成微型仪器技术，因此可把常规卫星上的很多部件，如气象层析仪、环形激光光纤陀螺、固体图像传感器和微波发射机，以及电动机等部件做得很小，并集成在半导体基体上，制成纳米卫星的基本组合模块。这些基本的组合模块组成分布式配置的星座，并且可以根据需要改变其排列顺序或增减某些小模块，而使卫星星座具有不同的功能，完成不同的任务。

制造纳米卫星的核心技术是微机电系统技术，因为它是卫星部件微型化的基础。只有微机电系统真正过关，才可能用它研制成具有较强功能的微型卫星。

从目前发展来看，采用微机电系统技术使航天器、制导、导航，控制系统小型化方面的工作均已取得了初步成果。

一旦克服或解决了各种技术难题，其功能可说是极端神奇的。它可以及时跟踪各国尖端、敏感的武器装备，可以为己方部队提供全面的信息。看来，纳米卫星的回报将是相当丰厚的。

美国科研人员正在研制一种微型火箭，这种火箭只需要花费几百英镑就能将有效载荷送人太空，将来可能用来发射纳米卫星。这种火箭是受蚂蚁的启发而进行研制的。小小的蚂蚁可以举起相当于自身体重几倍的东西。因此，研究人员认为对蚂蚁等小动物进行研究，可以找到消减太空旅行费用的方法。微型火箭的自身重量很轻，所以每一枚火箭都会有惊人的、远远超过目前大型火箭的推力质量比，因此，成功地发射微型火箭的效果将会比大型火箭好得多。美国人对已制成的一枚微型火箭的研究结果表明，这种火箭的推力质量比可以比航天飞机大数百倍。这种微型火箭每一枚只有半个火柴盒那样大。它采用液态氧与乙醇的混合物作为燃料，能产生约13.2牛顿(力的单位)的推力。这使得微型火箭的推力质量比达到10000以上，而通常的航天飞机的推力质量比仅为70。

目前研制纳米卫星的目的主要还是用在军事方面，但是如果能在军事领域取得成功，不久的将来也必将会转人民用。