遥感立方星会是传统遥感卫星的颠覆者吗？

以下文章来源于石头人看遥感 ，作者stoneren

二十一世纪，商业航天处于大发展期，大量商业火箭和商业卫星公司“破土而出”。新兴商业航天公司带来技术的不断创新以及成本的急剧下降，传统的卫星和火箭在技术和运营模式上受到重大挑战。马斯克的可重复使用火箭猎鹰九号和互联网(通信)卫星星链是标志性、颠覆性的商业航天产品。当前，在马斯克还未进入对地观测领域之时，传统的遥感卫星会受到挑战吗？——答案是一定的。现在和未来规划的主流商业亚米遥感卫星的重量大部分降到了1000千克以下，遥感卫星小型化和星群化是“不可抵挡”的趋势。

从尺寸和重量上来说，遥感立方星比传统遥感卫星要小2-3个数量级，它采用商业器件，尺寸标准化，可以批量生产。相比千万或上亿美金的传统遥感卫星，造价成本极低(一般<10万美金)。

另外，为什么今天想和大家聊聊遥感立方星，一个很重要的原因是——2019年，我曾在澳大利亚组装过一个对地观测的遥感立方星，有亲身体验和新奇的感受——它使梦想从太空了解地球的人，更容易接触到卫星！

遥感立方星虽然是小身材，但是确有大用途。

什么是立方星和遥感立方星？

立方星(CubeSat)又叫立方体卫星，一般重量小于10千克，属于微纳卫星。立方星的标准由美国大学教授团队于1999年制定。立方星通常由标准立方单位组成，每个立方单位(称为1U)的尺寸为10厘米x 10厘米×10厘米，比魔方大一点。立方星的大小取决于任务需要，但往往在2到12单位之间(也就是2U-12U)，因此质量仅为1到10千克。立方星一般使用标准的低成本组件和商业电子器件，加上其极小的尺寸，价格非常便宜，极大降低了大家设计、组装卫星和进入太空的门槛，中学生也可以组装自己的立方星。2016年，我国首颗中学(北京八一学校)学生参与研制的立方星采用搭载方式发射成功——同时发射的主星是2颗0.5米的高景一号卫星(当时国内空间分辨率最高的商业遥感卫星)。

1U和3U标准的立方星

立方星的主要优势包括：

（1）开发时间快、易于维护

（2）使用商业现货组件

（3）模块化，可扩展，可用于不同的任务

（4）制造和发射成本低，发射方式多样化

不过，立方星也有一些显著的缺陷：

（1）一般没有推进系统，不能控制飞行轨道

（2）寿命较短，大概几个月到3年

目前，立方星已广泛应用于教学科研、技术验证、遥感、通信和深空探测等方面。如果立方星的任务载荷是对地观测成像的传感器，那它就是遥感立方星。2019年，我在澳洲交流学习时，参与了一个立方星的课程。我们团队4人(来自3个不同国家)在一天的时间内组装了一个遥感立方星，整个过程需要将电源、热控、姿态、GPS、命令和数据处理等子系统功能模块一个个组装起来并一一测试。我主要负责编程，曾经有过类似经验的成员负责组装。不过，我们小心翼翼，最后还是出了点小问题——一个模块接反了。通电后，我闻到糊味，赶紧断电。在检查过程中不小心碰到电路板，右手大拇指还被烫起一个小泡。那次课程，我们还做了地面的成像等测试。这是一段非常有意思的经历，让我近距离感受了一颗遥感卫星的“魅力”——麻雀虽小，五脏俱全！

本人2019年参与组装的遥感立方星

规模最大的遥感立方星群

——鸽子卫星群

鸽子卫星(Dove Satellite)是商业遥感卫星，由美国行星实验室(Planet Labs)公司设计制造和提供运营服务。鸽子卫星群是当前规模最大的遥感立方星群，从数量上来说可以称为遥感界的星链卫星。Planet公司是一家由前美国航空航天局(NASA)科学家于2010年在旧金山成立的遥感卫星数据公司。2013年以来，Planet公司已在太空部署超过400颗鸽子卫星，最近的一次发射时间是2023年1月3日，通过美国太空探索技术公司(Space X)的猎鹰九号火箭拼车发射了36颗超级鸽子卫星(SuperDove Satellite)。

鸽子卫星群(2021年)太空运行示意图

图像中央是鸽子卫星拍摄的澳大利亚大堡礁卫星图像

国际空间站释放鸽子卫星

鸽子卫星是3U(10*10*30cm)立方体卫星，鞋盒大小，每颗重约5千克，提供空间分辨率3-5米的多光谱图像。早期鸽子卫星有3-4个波段，2019年后发射的超级鸽子卫星有8个波段。Planet公司生产了至少17个版本的鸽子卫星，每个版本都有不同程度的技术改进。相比于传统的陆地观测卫星，例如美国Landsat8(重量2071千克)、法国SPOT6/7(重量712千克)和中国CBERS-04星(重量2060千克)，鸽子卫星实在过于迷你，与传统卫星在重量上差2-3个数量级，但是鸽子卫星的能力可“不容小觑”。

鸽子卫星(Dove Satellite)实物图

鸽子卫星尺寸和组成部分图

2022年，鸽子卫星在轨数量超过180颗，是当前最大的对地观测卫星群，实现了对地球表面所有陆地区域的每日成像，每天拍摄地球面积超过3.5亿平方公里(全球陆地表面1.5亿平方公里)，而且空间分辨率优于5米。

美国加州旧金山(鸽子卫星拍摄，3.7米分辨率)

遥感立方星的未来展望

遥感立方星主要优点是制造成本低。由于体积小、成本低，遥感立方星可以成群的被送入轨道，用于持续监测电离层、大气、云和地球表面，为遥感应用带来巨大的机遇。一方面，鸽子卫星群实现的米级分辨率每天拍摄全球陆地表面的能力是无与伦比的，任何其他的民星和商业遥感公司的非立方星均不具备此能力；另一方面，由于空间限制，遥感立方星还未实现亚米分辨率的商业成像，缺少推进系统，无法像传统遥感卫星一样进行轨道控制。因此很多人认为，当前传统遥感卫星和遥感立方星是互有优势，更多是互相补充。

近年来，遥感立方星的功能有逐步增强的趋势。由于技术的进步，传感器在不断小型化，而且在空间、光谱分辨率的能力和性能方面都在不断提升和快速迭代。而伴随着微电子和微机械技术的快速发展，可以预测到遥感立方星的功能密度将持续提升。遥感立方星的超低成本，使得中小公司和个人都可以轻松拥有它。遥感立方星在商用和公众领域必将拥有更大的商业空间，提供更好的遥感数据和信息来服务大众。中国吉林一号魔方卫星做到了1米的空间分辨率，重量仅为18千克，已经非常接近遥感立方星的重量。

遥感立方星会是传统遥感卫星的颠覆者吗？我们拭目以待！（全文完）

转自：“测绘学术资讯”微信公众号

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