小火箭“带火”小卫星 上演“太空碰瓷”怎么办？
美国火箭实验室最近利用该公司的小型运载火箭“电子”成功发射了13颗立方体卫星，所有这些卫星都进入了指定的轨道。
以微型卫星为载体的“电子”的技术特征是什么？让人们为之付出大量努力的微型卫星的优势是什么？据媒体报道，微型卫星数量的增加将带来空间安全问题。这是真的吗？带着这些问题，《科技日报》记者采访了北京星光航天科技有限公司技术副总裁兼航天专家张琪。
“电子”火箭进入轨道
公共信息显示，这次成功发射是第三次“电子”火箭，也是这种类型火箭的第一次商业发射。在前两次试飞中，第一次失败了，第二次成功了。可以说“事情发生得更频繁”。
2017年5月25日，“电子”首次在新西兰北岛测试，代号为“这是一个实验”。它完成了第一级点火、级分离、第二级点火和整流罩分离程序，但未能成功进入轨道。然而，代号为“这仍然是一个实验”的第二次测试原定于2017年12月完成。由于“恶劣的天气”和“技术问题”，它被推迟到2018年1月21日，最终三颗立方体卫星成功进入轨道。2018年4月，代号为“已开启”的第三次发射再次推迟到6月底，原因是火箭第一级发动机的电机控制器出现问题，并再次推迟到12月，原因是点火即将开始时问题再次出现。至此，“电子”火箭终于结束了崎岖的旅程，成功地将它携带的13颗立方体卫星送入轨道。
“这种火箭非常‘迷你’，总长度只有17米，直径1.2米，起飞质量只有10.5吨，500公里太阳同步轨道的运载能力为150公斤。”张琦告诉记者，一般来说，像“电子”这样的小型火箭的单位成本高于中型或大型火箭，但整体成本相对较小。以前，这种“低”运载能力没有多少商业价值，但随着卫星小型化的发展，小型火箭可以同时运载多颗卫星，其商业价值正在逐渐显现。
“电子”火箭的技术优势表现在三个方面。首先，这是世界上第一次用电动涡轮泵代替传统的气体驱动化学火箭，效率得到了显著提高。其次，碳纤维复合材料广泛应用于“电子”整流罩、液氧储罐等部件，以将自重降低到接近极限，提高承载能力。第三，“电子”的卢瑟福引擎的许多部件都是使用3D打印技术制造的，这大大提高了制造效率。
除了解决“电子”的关键技术问题之外，洛克希德·马丁公司的全面帮助和新西兰这个农业大国在发射场的大力支持，都是火箭实验室成为商业空间微型卫星发射领域领导者的推动因素。
两种趋势小型卫星集团提供商业服务
近年来，随着空间技术的进一步发展，卫星也在发挥着越来越重要的作用。张琦指出，卫星主要用于遥感、通信和导航。遥感，即用光源拍照，被用于商业或军事目的。例如，中国的年度作物进出口量和价格预测是通过遥感卫星跟踪国内作物的增长并结合前几年的数据来估算的。卫星在通信领域具有巨大的潜力，这体现在互联网和物联网上。将来，卫星可以代替地面基站来突破地域和海洋等地理条件对互联网信号传输的限制。例如，在地面设施建设困难的地区，如南极洲和青藏高原，可以通过发射卫星基站很容易地解决这个问题。另一方面，如果传感器安装在汽车、轮船和集装箱上，并与卫星相连，企业就可以实时控制其资产分配、市场运营和业务运营。导航也是人们在日常生活中离不开的卫星服务之一。无论你想走多远，只要你的手机被轻轻触摸，你就会自动规划出最佳路线。
"目前，卫星似乎正变得越来越小."张琦说，一方面，高性能的单颗卫星体积越来越大，能力越来越强，可以发射到低轨道、中轨道和高轨道。轨道越高，单个卫星的覆盖范围越大，它们收集的信息也越多。例如，在36000公里的地球同步轨道上，三颗卫星可以完全覆盖地球。当然，大型卫星也面临着高昂的制造和发射成本的压力。因此，随着电子元件高精度、小型化和高密度的发展，卫星小型化已经成为一个重要的发展趋势。
“重10-100公斤的微型卫星在遥感和通信方面显示出潜在的商业价值。与传统大型卫星瞄准的国家、军队或重要商业用户不同，遥感和通信领域的微型卫星服务对象可以是小型商业用户，甚至是普通人。正是因为微型卫星成本低，普通用户才买得起。随着微型卫星数量的增加，它们将在某些轨道上逐渐形成卫星星座，它们能够提供的服务类型及其地理范围将逐渐扩大。”张琦说，微型卫星功率小，运载能力有限，与大型卫星匹配的性能指标只能通过降低轨道高度来实现，因此微型卫星的平均轨道高度在1000公里以下。虽然低轨道微型卫星也能实现导航功能，但由于中高轨道的全球定位系统、北斗和GLONASS系统等*导航网络已经成熟，微型卫星的导航市场仍不明朗。
如果失败，安全问题将成为太空垃圾。
微型卫星的研发周期短，研发经费低，因此可以将多个小卫星联网，形成“虚拟大卫星”。近年来，随着微电子、轻材料和大功率太阳能电池的发展，微型卫星开始“点火”。2017年2月15日，印度用运载火箭同时发射了104颗微型卫星。据不完全统计，截至2016年，全球轨道上有300多颗微型卫星；根据国内商业航天公司的计划，仅中国将在未来3年发射300颗商业微型卫星。据有关部门估计，未来五年全球微型卫星发射数量将超过2000颗。
"随着微型卫星数量的急剧增加，其安全问题将变得更加突出."张琦指出，由于成本和运载能力的限制，只有少数正在开发和服役的微型卫星配备了电力推进等轨道控制装置，可以在卫星出现故障前主动降低轨道，并迅速进入大气层烧毁。绝大多数微型卫星不具备轨道控制能力。如果失败，它们将在太空停留一段时间，占据轨道资源并成为空间碎片。
记者了解到，空间碎片的威胁不可低估。据报道，人类可以探测到16000多块直径超过10厘米的空间碎片，而几毫米的空间碎片足以使价值数亿美元的航天器报废。2018年7月2日，欧洲航天局(欧空局)探测到一片空间碎片与Cryosat-2号地球探测卫星相撞。欧空局紧急操纵Cryosat-2改变其轨道，以避免这一“空间瓷器碰撞”。仅在2014年3月至4月期间，国际空间站至少进行了两次轨道转移，以避免空间碎片。
近年来，空间碎片协调委员会发布了一些旨在控制空间碎片的国际准则，如在卫星失效前需要排放燃料、消除爆炸危险，甚至自动脱离轨道进入大气层进行销毁。然而，微型卫星很难进行轨道控制，因此现有的规则不适合微型卫星的技术状况，并且暂时无法观察到它们带来的安全隐患。
行业专家建议，微型卫星最好携带电力推进等动力模块，以便在其使用寿命结束时控制其脱轨。不具备脱轨能力的微型卫星也将试图将其轨道高度限制在400公里以内。研究发现，如果卫星的轨道高度低于400公里，由于稀薄大气的阻力，卫星将进入大气层并在一年内烧毁。如果轨道高度高于400公里，废弃卫星的轨道时间将大大延长。各国*部门也应联合推出相关条约或法规来规范市场，共同维护空间安全。