太空中卫星，卫星在太空的动力

近年来，以美国为首的国际私营新航天产业如雨后春笋般涌现，以新技术和新概念吸引风险投资，挑战传统航天产业，被称为news space)2.0。

新的空间创业公司通常规模较小。为了提高竞争力，它们经常通过兼并和收购或合资企业来加速工业增长。覆盖范围包括火箭、小卫星或卫星部件等领域，以破坏性的价格运作，加强与传统航天产业的竞争。

本文将分析和批量生产卫星精确部署到空间轨道，以提高空间任务的新功能和价值。盘点这一趋势下的创新技术和新航天产业。

论「快速量产卫星」的必要

新创航天创新卫星量产技术，使用商用(COTS)组件，快速切入市场，提高产品附加值。例如，使用微型卫星每小时拍摄一次地球上的任何地方，并快速提供详细的图像；用卫星连接地面广大地区，构建太空网络；或者利用卫星开采小行星有价值的稀有矿物等等。

新卫星公司使用的商用零件是为小型或立方体卫星设计的。虽然体积小，但可以一起提供功能和服务，但比传统卫星大，数据产品堪比大卫星。量产卫星的优点是可以一次发射多颗卫星，发射费用比传统大型卫星便宜很多，缺点是设计/任务寿命更短。

最小可行产品（Minimum Viable Product, MVP）

为了开发利基市场，新公司开发最低可行产品(MVP) 1。MVP卫星一旦建立，创业公司会对其进行优化调整。为了减轻重量和加快生产速度，MVP在设计中忽略了一些功能，如推进子系统、部分姿态控制(AOCS)或无备份设计等。从而快速进入市场。

美国Planet Labs公司的180遥测摄影卫星，Spire Global公司的110气象服务卫星，或挪威Iceye公司的10颗小型合成孔径雷达卫星等。证明MVP可以用很少的预算制造并发射卫星到太空，并将数据发回地球。

美国行星实验室的德芙卫星。图/行星实验室脸书

快速量产的代价——卫星损坏率高

然而，随着商用航空电子部件的快速制造，在太空的高辐射环境中，卫星的损坏率可能很高。例如，新成立的PlanetLabs公司2设计并制造了著名的Doves Triple- CubeSat微型卫星。在2015年成立后，它发射了339颗3U高分辨率Dove遥测立方体卫星，但在2021年8月只有约180颗卫星仍在运行。

另一个案例是Spire Global公司从太空观测云数据和分析，提高了天气模型的预报能力。自成立以来，已经发射了140多颗卫星，目前有110个3U立方气象卫星星系在运行。

截至2021年9月14日，SpaceX的Starlink太空网络公司3已经发射了1791颗低轨道通信卫星，据统计，有125颗卫星出现故障或离开太空返回地球。目前空间网有1615颗低轨卫星来构建空间网，因此新空间的卫星损坏率之高令人印象深刻。

从010年到1010年，大量微小或立方体卫星通过所谓的“公共汽车火箭”进入太空。如果卫星项目花费更多，他们可以乘一枚火箭进入太空。但大部分计划，在预算限制下，乘坐“巴士火箭”入轨，整个“群体”离开火箭，微/立方卫星以一种相当不受控制的方式围绕地球漂移。

福尔摩沙七号卫星在火箭上。图/科技部脸书这种“下车”的方法是有效的，但不是最好的方法。每颗卫星都可以拍照发下来，但个别卫星可能会聚在一起拍照，发回多余的图像。

对于通信卫星架构来说，“集群化”是没有经济价值的，因为在不受控制的卫星群中，表面只能随机覆盖。对于地面用户来说，无法定时接收监控数据，也无法忍受随时中断的通信。

搭公车上太空，立方卫星「以量取胜」

为了增加小卫星任务产生的产品价值，未来更精确的轨道部署将产生革命性的决定性关键，每颗卫星都将被更仔细、更周到地放置在精确的轨道上，使整个星系的价值大于各自任务的总和。

更精确的轨道部署将是任务规划的首要考虑。当混乱的星团转变为精心排列的星系，小卫星均匀分布，优化其覆盖范围和数据价值时，小卫星架构的价值将得到充分体现。

优化「卫星系」的两种办法

有两种实现卫星系（Constellation）优化的方法，第一种是单独发射小卫星，或者一次发射两到三个在特殊的小型火箭上发射，这些火箭可以「随时随地」运送航太器，众多的小型火箭新创公司 Rocket Lab 和 Vector Space Systems 等，瞄準此新市场，计划将小型卫星运送到低轨太空。

这种方法存在两个挑战，可能无法使其适用于所有星系。首先，大型星系需要大量发射，即使每週发射一枚火箭，完全部署一个星系也可能需要数月甚至数年的时间，其次发射费用按公斤计算，总经费也不便宜。

优化星系的第二种方法是为每个小卫星配备机载推进次系统，许多卫星可以共用火箭发射，例如由 SpaceX 的 Falcon 9 或 Falcon Heavy 等发射器的低每公斤成本发射，离开火箭以后就需要耗费自身燃料，抵达任务轨道。儘管所有飞行器都将成群离开火箭，但它们可以使用各自的推进系统分散到预先选择的各个轨道中，以优化星系均匀性。

这种方法的好处是可以利用机载推进系统提供额外的任务价值，例如通过补偿阻力来延长任务寿命，重新配置星系以弥补发射失误，或在寿命结束时使卫星脱离轨道，减少太空垃圾，但是燃料使用过多，减少任务寿命却也无可奈何。

成本太高？新型「微推进系统」问世

新太空 2.0 的新创公司，有许多小卫星没有包含推进次系统，主要是因为技术还不够成熟，而且成本太高，无法纳入 MVP。精确部署卫星所需的推进系统成本，市场上推进系统大部分是手工建造的，对于新创公司无法负担。设计、开发和製造过程，还没有发展到大规模生产。

但市场对于大量製造的机载推进系统需求强大，针对此问题，美国 Orbion Space Technology 以及 ExoTerra Resources 新创公司推出霍尔效应推进器（Aurora Hall-effect thruster），以及 Tethers Unlimited、Deep Space Industries 和 Momentus 公司，亦推出水离子推进器（Water Plasma propulsion），水离子推进装置，进入太空小型推进器的市场。