當今低成本地面應(yīng)用中流行的許多COTS技術(shù)現(xiàn)在正在適應(yīng)太空，并進入小型衛(wèi)星。

改善發(fā)射進入太空的機會有助于推動小型衛(wèi)星市場的發(fā)展，并推動了對使用小型系統(tǒng)的新關(guān)注?，F(xiàn)在，可以很容易地將小型衛(wèi)星放置在發(fā)射系統(tǒng)上，這些發(fā)射系統(tǒng)被發(fā)送到國際空間站或低地球軌道（LEO），而成本只是過去的一小部分 - 現(xiàn)在要花費數(shù)十萬美元，而不是數(shù)百萬美元 - 并且相當定期地，人們正在尋找獨特的方法來利用空間并創(chuàng)造新的破壞性能力。

小型衛(wèi)星被廣泛定義為質(zhì)量高達500公斤的衛(wèi)星?！坝幸粋€相互交織的子分界線的連續(xù)體，對應(yīng)于質(zhì)量和體積的增加，包括納米衛(wèi)星，通常被稱為‘CubeSats’。立方體衛(wèi)星的范圍從1到10公斤不等，并以10×10×10厘米的規(guī)范單位描述，“約翰霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實驗室的小衛(wèi)星專家Aaron Q. Rogers解釋說。

太空中的嬰兒床

有趣的是，商用現(xiàn)貨（COTS）技術(shù)在小型衛(wèi)星中發(fā)揮著越來越重要的作用。“顯然，隨著我們看到小型衛(wèi)星設(shè)計以相當激進的成本點進行商業(yè)努力，它涉及使用工業(yè)和汽車級電子產(chǎn)品以及來自非傳統(tǒng)太空市場的其他元素。..。..因此，COTS的使用變得越來越普遍，“羅杰斯說。

使用COTS，任何部件都不能異想天開地使用 - 每個部件仍然需要務(wù)實的選擇和篩選?！澳阈枰獙⑦@個過程與你對這些部分的成功和結(jié)果的期望相協(xié)調(diào)，”羅杰斯指出?！拔覀兛吹皆S多電子產(chǎn)品 - 成像技術(shù)，無線電技術(shù)，導(dǎo)航和GPS接收器，以及我們在手機中認為理所當然的其他東西 - 正在進入太空設(shè)計。

使用 COTS 部件的關(guān)鍵是無需修改它們即可在重新打包后在系統(tǒng)中工作?！澳阆肜盟鼈兊某杀?，所以從貨架上買下它們是固有的。我可以告訴經(jīng)驗，我們已經(jīng)采用了COTS組件，并且必須將它們縮小到一個維度，這可能會變得非常昂貴，“羅杰斯補充道。

測試可能會有所不同

有時，小型衛(wèi)星只需要很少的測試，“既受到高風險態(tài)勢的驅(qū)動，在這種態(tài)勢下，設(shè)計可以如此便宜地進行，以便將損失的財務(wù)影響降至最低，或者它是時間表驅(qū)動的，以支持市場機會，因此測試需要變得簡單高效，”羅杰斯說。

然而，在其他情況下，羅杰斯指出，“更優(yōu)先考慮確保衛(wèi)星將長時間工作，并具有更高的信心水平，它將按預(yù)期提供其設(shè)計的能力”?！耙虼耍词箾Q定使用商業(yè)部件，這些任務(wù)開發(fā)人員也可能會將它們置于額外的篩選級別 - 降低它們的價格，這意味著在低于實際指定的水平上運行它們，以提供一些空間來限制它們被執(zhí)行的程度，或者使用冗余和類似性質(zhì)的東西。這是一個連續(xù)體，取決于應(yīng)用程序，客戶或贊助商的需求，當然還有成本和時間表。

從歷史上看，探測器或光學(xué)系統(tǒng)需要經(jīng)過一系列測試，或者必須具有一定的質(zhì)量或更高。羅杰斯說：“現(xiàn)在，一些公司正在采用更類似于汽車或工業(yè)應(yīng)用中使用的系統(tǒng)——具有在極端熱和沖擊的惡劣環(huán)境中運行的血統(tǒng)——并發(fā)現(xiàn)它們可以將它們轉(zhuǎn)化為太空應(yīng)用。

仍然有大量的物理和工作，例如，確保卡片等部件在太空中受到輻射防護。嵌入式計算公司Aitech Defense Systems Inc.的下一代微處理器SP0使用飛思卡爾的MPC8548e處理器，他們“與NASA合作，并使用加州大學(xué)戴維斯分校的回旋加速器對所有零件和產(chǎn)品進行輻射測試，”Aitech軍事和航空航天業(yè)務(wù)部門副總裁Doug Patterson表示。

羅杰斯說，正在發(fā)現(xiàn)新的方法來適應(yīng)低成本地面應(yīng)用中流行的COTS技術(shù)，以便在太空中使用?！斑@實際上更多的是接受風險，并找到方法來操縱和減輕風險，以取得更大的成功，并實現(xiàn)可能帶來的所有成本和調(diào)度節(jié)省，”他補充道。

帕特森說，這一領(lǐng)域的另一個趨勢是“NASA內(nèi)部和大型主要用途的新舉措，即使用非EEE（電氣，電子和機電）零件。“雖然它還沒有獲得太多的牽引力，但它很重要，因為這些是當今最可靠的部件。權(quán)衡是EEE部件非常昂貴，因此降低成本使您能夠建造更多的衛(wèi)星，并可能將它們放入LEO并通過能夠進行負載共享的無線網(wǎng)絡(luò)進行互連。

冗余問題

使用 COTS 部件時，您是否需要擔心冗余？“是的，也許吧。這真的取決于你想做什么或你的方法是什么，“羅杰斯解釋說。“如果你有一個需要工作一到三年或更長時間的任務(wù)，或者如果你使用了很多在零件譜系、性能或可靠性方面可追溯性較低的零件，那么克服不確定性的一種方法是飛行冗余零件并在船上安裝備件，這樣如果零件發(fā)生故障，您可以將備份聯(lián)機。這通常不會完成，但是飛行存儲單元或電源系統(tǒng)或其他設(shè)備的額外副本是處理商業(yè)部件的一種方式。

羅杰斯說，雖然有許多商業(yè)力量將成本模型推向非常便宜的供應(yīng)商和供應(yīng)商，但“一些任務(wù)仍然需要高度保證性能成功 - 特別是那些軍方或政府希望按預(yù)期運營的任務(wù)?！皩τ谀切┤藖碚f，仍然需要做好測試，使用好的零件，并有一個深思熟慮的，務(wù)實的和持久的設(shè)計方法。

這并不是說這兩種類型的任務(wù)不能共存并希望從中受益，“因為符合更高性能低風險任務(wù)需求的產(chǎn)品和服務(wù)也可以向下移動以支持成本驅(qū)動的任務(wù)，因為生產(chǎn)規(guī)模和合格的低成本COTS解決方案可以向上遷移，”羅杰斯指出。

現(xiàn)在，存在一些分岔，一些進入小衛(wèi)星空間的玩家不能因為政治原因而失去任務(wù)，這與商業(yè)努力不同，商業(yè)努力可以上升并賭博并即時學(xué)習，然后迭代。羅杰斯說，他希望看到這兩個社區(qū)“可能在未來五年內(nèi)進一步融合。在空間的使用和訪問方式方面，這將是一個真正的變化，“他補充道。

一些小公司 - 如火箭實驗室和螢火蟲太空系統(tǒng)公司 - 正試圖為小型衛(wèi)星建造專用發(fā)射系統(tǒng)，并正在接受風險投資公司的大筆投資。羅杰斯說：“當這些飛機進入市場時，它們在2015年底到2016年的時間框架內(nèi)有了可靠的飛行演示目標，那么我們就可以真正開始談?wù)撐覀兿胍ツ睦镞M行這些小型地球任務(wù)，以創(chuàng)建專門建造的部署星座，并真正降低成本標準。

調(diào)整小尺寸

CubeSats非常小 - 名義上為3U或“三重”為四到五千克 - 并且體積有限，但是“事實證明，通過移動到6U外形尺寸或多達50千克的‘Express級’小型衛(wèi)星）使它們變得更大，清單的額外費用通常不會直接擴展，只要您仍然可以利用發(fā)射通道和共享任務(wù)，“他說。

這意味著更大的體積“可以更多地使用COTS組件，從而為傳感器和有效載荷提供更多的性能或適應(yīng)性。這可能是我們作為一個社區(qū)現(xiàn)在正在弄清楚的巨大價值地位，“羅杰斯指出。

就小型衛(wèi)星尺寸而言，似乎也達到了一個拐點?！耙粋€很好的類比是將小衛(wèi)星的正確尺寸與iPhone或其他智能手機進行比較，”羅杰斯指出。“它們一直在變小，直到它們變得太小，現(xiàn)在我們正在回到稍微大一點的尺寸，以獲得更多的功能，性能和實用性。。

小型衛(wèi)星也帶來了新的安全問題。衛(wèi)星命令和控制（C2）鏈路需要加密或其他數(shù)據(jù)隱私方法，以防止入侵和不必要的訪問。羅杰斯指出：“保持對C2網(wǎng)絡(luò)的控制非常重要，人們正在積極研究有效且與小型衛(wèi)星更有限的資源相一致的方法。

小型座椅的軍事應(yīng)用

現(xiàn)在，許多任務(wù)更多地是由高時間或空間訪問驅(qū)動的，而不是由具有單個孔徑或傳感器的大型平臺的精美性能驅(qū)動的。“這意味著通過使用大量的傳感器 - 無線電或相機系統(tǒng) - 可以支持任務(wù)，”羅杰斯說。創(chuàng)建這些系統(tǒng)的星座可以實現(xiàn)巨大的重訪率或訪問地球上的區(qū)域，從而能夠以更高的重復(fù)節(jié)奏提供大量細節(jié)?！拔覀兺ㄟ^全球圖像和天氣在商業(yè)方面看到了這一點。..。..它有點把自己推向國防部方面，“羅杰斯繼續(xù)說道?！罢娴拈_始注意到用這些額外的數(shù)據(jù)集來補充他們的系統(tǒng)的機會，以提高整體知識。例如，目前正在探索星座，用于自動識別系統(tǒng)（AIS）跟蹤應(yīng)用。

就其本身而言，美國空軍太空司令部（AFSC）正在探索一些節(jié)省成本的措施，如小型衛(wèi)星，分解，商業(yè)租賃安排和區(qū)塊購買，這些都提供了規(guī)模經(jīng)濟的好處。

功能分解“意味著以前包含在一顆衛(wèi)星上的傳感器或提交現(xiàn)在分散在幾顆更小，更不復(fù)雜，更實惠的衛(wèi)星上，”AFSC公共事務(wù)當前運營司司長Anthony D. Roake解釋說。“AFSC對分解的概念很感興趣，因為它可以通過將能力分散到更小，不太復(fù)雜的衛(wèi)星上來提高彈性，以避免可能導(dǎo)致戰(zhàn)場災(zāi)難性中斷的單點故障。

美國空軍的作戰(zhàn)響應(yīng)空間（ORS）辦公室對更快，更便宜地進入軌道的能力感興趣，其一些計劃涉及CubeSats。AFSC現(xiàn)在正在“利用從ORS計劃中吸取的經(jīng)驗教訓(xùn)來探索建造更小的衛(wèi)星，其中一些代表分解的能力，而另一些則僅利用較小的傳感器包，”Roake補充道。

增加COTS的使用和開放標準

對于低于100公斤的立方體衛(wèi)星和小型微型衛(wèi)星，目前空間合格部件的供應(yīng)商社區(qū)有限。

羅杰斯說：“許多開發(fā)人員正試圖以新的方式構(gòu)建自己的或使用COTS部件，隨著這些部件的成功實現(xiàn) - 或者吸取的經(jīng)驗教訓(xùn)被帶回并進行迭代，以使設(shè)計更適合空間應(yīng)用 - 這個市場應(yīng)該穩(wěn)定和發(fā)展?！巴瑯?，由于作為衛(wèi)星開發(fā)人員可以利用的供應(yīng)商有限，因此目前沒有太多標準，因此從事設(shè)計工作的人傾向于做任何有意義的事情。電氣和數(shù)據(jù)存在一些一致性，在某些情況下，機械接口也存在一致性，但仍然涉及很多差異。

帕特森指出，商業(yè)公司正在“建造立方體衛(wèi)星，所以我們開始看到他們給大型素數(shù)帶來一些競爭?！暗泻芏鄼C會 - 硬件仍然很昂貴，沒有人想把它送到太空，只是為了讓它掉出軌道。

此外，正如帕特森所指出的那樣：“具有生產(chǎn)太空產(chǎn)品經(jīng)驗的公司 - 具有商業(yè)，軍事和太空經(jīng)驗的公司 - 能夠為客戶提供在組件之間來回移動的選擇和能力，甚至有選擇地選擇似乎比其他組件更不易受到輻射的組件。

現(xiàn)在，“我們正處于新生階段，許多人正在進入任務(wù)開發(fā)市場，”羅杰斯補充道?！半S著子系統(tǒng)供應(yīng)商開始融合并推動標準接口之間的一致性，以使其產(chǎn)品更具可生產(chǎn)性和可互換性，其中一些事情將趨同，類似于更大規(guī)模的航空航天工業(yè)中存在的情況。預(yù)計這種情況將在未來幾年內(nèi)穩(wěn)定下來。

審核編輯：郭婷