當今低成本地面應用中流行的許多COTS技術現(xiàn)在正在適應太空，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，“約翰霍普金斯大學應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。“我們看到許多電子產(chǎn)品 - 成像技術，無線電技術，導航和GPS接收器，以及我們在手機中認為理所當然的其他東西 - 正在進入太空設計。

使用 COTS 部件的關鍵是無需修改它們即可在重新打包后在系統(tǒng)中工作。“你想利用它們的成本，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，設計可以如此便宜地進行，以便將損失的財務影響降至最低，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，它將按預期提供其設計的能力”?！耙虼耍词箾Q定使用商業(yè)部件，這些任務開發(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)化為太空應用。

仍然有大量的物理和工作，例如，確?？ㄆ炔考谔罩惺艿捷椛浞雷o。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)新的方法來適應低成本地面應用中流行的COTS技術，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?！半m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?！叭绻阌幸粋€需要工作一到三年或更長時間的任務，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商和供應商，但“一些任務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期運營的任務?！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，務實的和持久的設計方法。

這并不是說這兩種類型的任務不能共存并希望從中受益，“因為符合更高性能低風險任務需求的產(chǎn)品和服務也可以向下移動以支持成本驅(qū)動的任務，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，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論我們想要去哪里進行這些小型地球任務，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，“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。“一個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?！八鼈円恢痹谧冃?，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。

小型座椅的軍事應用

現(xiàn)在，許多任務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?！斑@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，”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。“政府真的開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，更不復雜，更實惠的衛(wèi)星上，”AFSC公共事務當前運營司司長Anthony D. Roake解釋說?！癆FSC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，不太復雜的衛(wèi)星上來提高彈性，以避免可能導致戰(zhàn)場災難性中斷的單點故障。

美國空軍的作戰(zhàn)響應空間（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)驗教訓被帶回并進行迭代，以使設計更適合空間應用 - 這個市場應該穩(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商有限，因此目前沒有太多標準，因此從事設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。“但有很多機會 - 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開發(fā)市場，”羅杰斯補充道?！半S著子系統(tǒng)供應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。預計這種情況將在未來幾年內(nèi)穩(wěn)定下來。

審核編輯：郭婷