全球纳卫星发射现状及应用趋势
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本文转载自高端装备发展研究中心
导言：微小卫星具备体积小、重量轻、研制周期短（大约一年左右甚至更短）、研制经费低（大约为人民币数千万元左右）、高新技术含量高、发射方式灵活等特点。可为专用通信、遥感、快速反应的科学和军事任务和技术试验等方面提供低成本的解决方案，应用前景十分广阔。本文通过对纳卫星的发展和应用现状进行总结分析，并预测其未来市场前景。
类别 | 纳卫星 Nanosatellite | 微卫星 Microsatellite | 小卫星 Minisatellite |
重量（KG） | 1~10 | 10~100 | 100~1000 |
成本（美元） | 100万以下 | 300万 | 900万以上 |
生产周期（月） | 3~6 | 6~12 | 12~24 |
纳卫星发射现状
根据统计，截止2017年12月11日，全球纳卫星共发射877颗，其中发射失败的近九十颗，成功率在90%左右。2017年的发射失败全部集中在11月28日的俄罗斯联盟2-1b/“弗雷盖特”M型运载火箭的任务失败中。联盟2-1b该次主要任务是发射俄“流星”M2-1极轨气象卫星，还搭载了15颗纳卫星，其中有：
●美国顶尖公司三体立方星商业遥感卫星“狐猿”2（4.5公斤/颗）10颗
●美国数字宇宙公司 “乌鸦座”BC3和4（10公斤/颗）
●德国轨道系统公司的D-Star One（4公斤）
●瑞典皇家理工学院牵头的合作项目“高级任务小型探测器”（SEAM）（4公斤）
●挪威国防研究所的AISSat-3小型船舶跟踪卫星（6.5公斤）。
由于计划在2017年年底底由Electron rocket发射的Dove Pioneer卫星已经确认推迟到2018年，因此2017年的成功发射并运营的纳卫星数量约为250颗。根据相关公司及机构发布的发射计划，预计2018年全球纳卫星发射数量仍旧保持快速增长。
全球纳卫星发射情况统计
按发射国家划分，美国纳卫星的发射数量全球第一，占全球纳卫星全部发射数量的近60%；其次是欧洲（不包括俄罗斯），占发射数量的25%左右，而并列第三的中国和日本仅占发射数量的3%左右，数量差距十分明显。
不同国家及地区纳卫星发射数量对比
根据结构划分，目前已发射的纳卫星中，3U和1U结构的数量最多（1U为一个大小为10cm*10cm*11.5cm的箱体）；而未来发射纳卫星的结构中3U和6U将成为主流。
全球纳卫星发射按不同结构统计
纳卫星应用现状分析
由于纳卫星的设计寿命较短，一般为1~2年，因此目前在轨的卫星多数为2015~2017年发射的。
按照发射机构划分，公司和大学不管是已发射还是未发射类型的纳卫星都是数量最多的。其中公司发射的纳卫星主要为商业应用，而大学发射的纳卫星主要为科研和政府等应用。
全球纳卫星发射机构统计
目前正在运营的商业用的纳卫星为248颗，占全部在运卫星的55%。其中用于商业遥感的纳卫星数量达到了235颗，几乎全为美国的Planet Labs, Inc.和Spire Global Inc.两家公司运营，形成了成功的商业模式。其他纳卫星则大多为技术验证用卫星。
纳卫星 | 公司 | 国家 | 应用 | 数量 |
Flock系列（Dove） | Planet Labs | 美国 | 遥感 | 178 |
Lemur系列 | Spire Global | 美国 | 遥感 | 48 |
Asgardia-1 | Asgardia Space | 美国 | 试验验证 | 1 |
CICERO-6 | GeoOptics | 美国 | Earth Observation | 1 |
ALTAIR 1 (ALTAIR Pathfinder) | Millennium Space Systems | 美国 | 试验验证 | 1 |
OSNSAT | Open Space Network | 美国 | 试验验证 | 1 |
SINOD-D | SRI International | 美国 | 技术验证 | 2 |
PACSCISAT NanoACE | Tyvak / Terran Orbital | 美国 | 试验验证 | 2 |
exactView-9 | exactEarth Inc | 加拿大 | 通信 | 1 |
PEASSS | ISIS (Innovative Solutions In Space) | 荷兰 | 试验验证 | 1 |
Diamond系列 | Sky and Space Global | 英国 | 试验验证 | 3 |
D-Sat | D-Orbit | 意大利 | 试验验证 | 1 |
Athenoxat-1 | Microspace Rapid Pte Ltd. | 意大利 | 试验验证 | 1 |
LituanicaSAT-2
| NanoAvionics LLC
| 立陶宛 | 空间科学 | 1 |
Dido-2 | SpacePharma | 以色列 | 试验验证 | 1 |
凯盾一号卫星 | 北京凯盾环宇科技 | 中国 | 试验验证 | 1 |
皮纳二号 | 东方红卫星有限公司 | 中国 | 试验验证 | 2 |
DCBB, CAS 3G | 深圳东方红海特卫星 | 中国 | 试验验证 | 1 |
Lishui-1 | 浙江利骓电子科技 | 中国 | 试验验证 | 1 |
全球发射的用于商业的纳卫星情况统计
用于军事领域的纳卫星主要发射机构集中在美国的军方实验室和研究机构，重点进行技术验证和空间科学的试验。
Name | Country | Operator/Owner | Purpose | Launch Mass (kg.) | 发射 |
STARE-B | USA | 美国国家侦察局 | Space Science | 3 | 2017/6/23 |
PropCube-1 | USA | 美国海军研究生院 | 1 | 2013/11/19 | |
PropCube-3 | USA | 1 | 2015/10/8 | ||
NUDTSat | China | 国防科技大学 | Earth Science | 5 | 2015/10/8 |
NUDT Phonesat | China | Technology Demonstration | 1 | 2015/9/19 | |
SHARC | USA | 美国空军研究实验室 | 10 | 2017/5/18 | |
CELTEE-1 | USA | Technology Development | 3 | 2016/11/11 | |
DHFR | USA | DARPA | 8 | 2017/8/26 | |
Prometheus 2.1 | USA | 阿拉莫斯实验室 | 1 | 2016/11/11 | |
Prometheus 2.2 | USA | 1 | 2016/11/11 | ||
Prometheus 2.3 | USA | 1 | 2017/8/26 | ||
Prometheus 2.4 | USA | 1 | 2017/8/26 | ||
ALiCE | USA | 美国空军技术学院 | 5 | 2013/12/6 | |
SMDC-ONE 1.2 | USA | 美国陆军航天导弹防御司令部（USASMDC） | 3 | 2012/9/13 | |
SMDC-ONE 1.1 | USA | 5 | 2012/9/13 | ||
SNaP-3 Alice | USA | 5 | 2015/10/8 | ||
SMDC-ONE 2.3 | USA | 5 | 2013/12/6 | ||
SMDC-ONE 2.4 | USA | 5 | 2013/12/6 | ||
SNaP-3 Eddie | USA | 5 | 2015/10/8 | ||
SNaP-3 Jimi | USA | 5 | 2015/10/8 |
全球发射的用于军事领域的纳卫星情况统计
全球研究机构的纳卫星研发及发射的典型项目是欧盟启动的QB50工程。该项目由比利时冯卡门流体动力学研究所、西北工业大学、荷兰代尔夫特理工大学、英国萨瑞大学空间中心等研究机构联合发起，采用50颗2U立方体卫星组成空间网络实现对低层大气的多点在轨测量，同时在星座中开展卫星再入大气层过程的相关研究｡
目前QB50项目计划2016年6月由NanoRacks公司负责从国际空间站分离释放｡中国共有6所高校参与QB50计划，积极推动了国内立方体卫星技术的发展｡2016年底，哈工大学生自主研发的紫丁香一号卫星和南京理工大学的南理工二号” 立方星均已交付QB50项目组。
南理工二号立方星测试
纳卫星应用及发展趋势分析
通过以上的分析可以看出，纳卫星的主要应用集中在新技术试验验证、遥感、通信等领域。而纳卫星的商用在今年的验证技术积累下，未来必将会进入工程应用阶段。相对于传统卫星，10kg以下微小卫星具有单星成本低、研制周期短、设计更灵活等特点，但也意味着性能水平降低，为实现具有实用功能性能的系统，一般需要采取星座组网的方式；而由于星座组网带来技术和成本上的新压力，在系统方案设计中需要综合考虑任务需求、卫星成本、星座部署、系统运行支持等全系统要素，这些都是工程时需要考虑的技术难点。
虽然10kg以下微纳卫星，在星座组网方面还面临较大难题。但通过微纳卫星的星座组网方式，可以预期，10kg以下微小卫星星座组网在缩短对地观测重访周期方面，具有很好的发展前景。10kg以下微纳卫星在互联网星座应用方面还处于萌芽阶段，实际应用较少。但随着技术的提高以及卫星通信应用的深入，可以预期未来10kg以下微纳卫星在互联网星座应用方面也将有着不错的前景。
总之，目前国外在通信、遥感、战术应用、技术试验等领域均提出了大规模的微小卫星星座计划。星座组网已经成为小卫星发挥效能的重要途径，也是未来10kg以下微纳卫星发展的主要趋势。
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