20世紀(jì)50年代～80年代,由于運載火箭的發(fā)射能力不斷提高,用戶對衛(wèi)星容量需求的增加,加上冷戰(zhàn)時期各國空間預(yù)算普遍增加,所以衛(wèi)星總的發(fā)展趨勢是大型化、復(fù)雜化。從80年代末開始,衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展呈兩種趨勢：
一是繼續(xù)發(fā)展大型復(fù)雜化衛(wèi)星,衛(wèi)星的重量和成本都大幅度增加；
二是發(fā)展可快速研制、生產(chǎn)和發(fā)射的低成本小衛(wèi)星。
小衛(wèi)星迅速發(fā)展的原因可概括為如下幾點：
(1)高新技術(shù)的進步是現(xiàn)代小衛(wèi)星發(fā)展的重要推動力和必然結(jié)果。
(2)冷戰(zhàn)結(jié)束和軍備競賽的減弱,使空間項目更加注重實效,這促進了小衛(wèi)星的發(fā)展。
(3)經(jīng)濟和社會發(fā)展對衛(wèi)星應(yīng)用需求的迅速擴大,也促進了以小衛(wèi)星為基礎(chǔ)的星座系統(tǒng)開發(fā)。
(4)高技術(shù)條件下的現(xiàn)代戰(zhàn)爭對發(fā)展小衛(wèi)星提出了迫切的需求。
(5)科學(xué)實驗和新技術(shù)驗證都需要通過發(fā)展小衛(wèi)星來實現(xiàn)。
(6)提高發(fā)射頻度、降低風(fēng)險的需要。
2017年7月14日，拜科努爾成功發(fā)射斯圖加特大學(xué)研制的一顆名為“飛行筆記本電腦”的110公斤微小衛(wèi)星（網(wǎng)絡(luò)圖）
在小衛(wèi)星發(fā)展的基礎(chǔ)上，由于微小型化技術(shù)的快速發(fā)展，更進一步促進了小衛(wèi)星向微小型化發(fā)展。美國航宇局將小衛(wèi)星定義500kg以下。英國薩瑞大學(xué)還進一步將100kg～500kg的衛(wèi)星稱為微小衛(wèi)星(MINISAT)，10kg～100kg的衛(wèi)星稱為微型衛(wèi)星(MICROSAT)，10kg以下的衛(wèi)星稱為納米衛(wèi)星(NANOSAT)。納米衛(wèi)星還稱固態(tài)衛(wèi)星、硅微衛(wèi)星，其自身通常無法獨立完成空間任務(wù),需要依賴分布式的星座或網(wǎng)絡(luò)才能實現(xiàn)其功能。
用重量(或者尺寸、經(jīng)費)來定義和分類現(xiàn)代小衛(wèi)星具有清晰和直觀的優(yōu)點,但卻無法闡述現(xiàn)代小衛(wèi)星的特點,尤其是它與傳統(tǒng)小衛(wèi)星的區(qū)別。因此，現(xiàn)又提出用功能密度(衛(wèi)星分系統(tǒng)單位重量的功能)進行分類的方法，但這種方法又難于直觀給出小衛(wèi)星的概念。因此,嚴(yán)格來講，現(xiàn)代小衛(wèi)星又是衛(wèi)星技術(shù)發(fā)展進步的一種表述。
不同于傳統(tǒng)大衛(wèi)星的運載火箭定制專用發(fā)射，微小衛(wèi)星的發(fā)射模式更加靈活。
目前，搭載發(fā)射和一箭多星已成為其發(fā)射的主要方式，例如2015年我國利用長征六號火箭成功實現(xiàn)１箭20星發(fā)射，這種密集的發(fā)射模式降低了微小衛(wèi)星的發(fā)射成本，提高了大規(guī)模批量化部署的能力，進一步推動了微小衛(wèi)星的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展；2017年11月21日12點50分，長征六號運載火箭第二次成功發(fā)射，“一箭三星”將吉林一號視頻4~6衛(wèi)星成功送入預(yù)定軌道。
另外，空間站釋放也成為了發(fā)射微小衛(wèi)星的一種選擇，美國行星（Planet）公司（原行星實驗室公司，于2016年６月更名）就利用國際空間站多次釋放了大量的皮衛(wèi)星。針對逐漸增長的微小衛(wèi)星發(fā)射需求，眾多宇航公司也在專門研制低成本小型運載器，例如我國長征六號運載火箭。
此外，飛機和退役火箭也可以改造成為發(fā)射微小衛(wèi)星的運載工具，最典型實例是美囯國防先進研究計劃局DARPA提出采用火箭裝上多顆微型衛(wèi)星搭載在飛機上，然后從飛機上釋放出火箭最后由火箭把衛(wèi)星射入軌道，發(fā)射不受地理條件的限制，此計劃稱為“空中發(fā)射輔助太空進入”,并已經(jīng)開始實施。
研發(fā)人員展示的超輕納米衛(wèi)星（網(wǎng)絡(luò)圖）
微小衛(wèi)星研制周期短、成本相對較低的特點，使其成為商業(yè)投資的最佳切入點。例如眾多商業(yè)遙感公司的目標(biāo)是發(fā)展大量的微衛(wèi)星并應(yīng)用到更廣泛的領(lǐng)域，包括油氣資源勘探、自然災(zāi)害預(yù)報、城市規(guī)劃農(nóng)業(yè)監(jiān)測、交通導(dǎo)航和環(huán)境監(jiān)測等。隨著微小衛(wèi)星技術(shù)的進一步發(fā)展，以及與商業(yè)的深入融合，商業(yè)化將有可能成為推動空間技術(shù)發(fā)展的重要動力。
現(xiàn)代小衛(wèi)星優(yōu)勢在國內(nèi)外空間探測任務(wù)中體現(xiàn)的越來越明顯。小衛(wèi)星具有成本低、研制開發(fā)周期短、應(yīng)用前沿技術(shù)、可靠性高的特點，成千上萬的小衛(wèi)星可構(gòu)成集群，通過群體行為共同實現(xiàn)空間任務(wù)。
NASA和洛克希德·馬丁公司一直在研究將小型衛(wèi)星編織成分布式蜂群的方法（網(wǎng)絡(luò)圖）
美國國家航空航天局( NASA) 提出一種探測小行星帶的衛(wèi)星集群系統(tǒng)( ANTS) ，利用1000 顆小衛(wèi)星組成的星群，完成小行星帶探測，其中群衛(wèi)星系統(tǒng)被劃分為不同等級，搭載不同載荷，利用群智能技術(shù)實現(xiàn)信息交互。美國國防先進研究計劃局( DARPA) 提出一種將航天器以組為任務(wù)基本單位，利用無線通信技術(shù)，代替單個大型航天器進行空間任務(wù)的方案( F6 系統(tǒng)) 。
小型衛(wèi)星在軌道上重新編程，就像在智能手機上添加應(yīng)用程序一樣簡單。將智能衛(wèi)星等小型衛(wèi)星編織成一個網(wǎng)絡(luò)，用于太空通信和數(shù)據(jù)處理。衛(wèi)星集群就像是一個‘蜂巢’，是一群自組織、自任務(wù)的異構(gòu)節(jié)點。并不是說每一顆衛(wèi)星上復(fù)制執(zhí)行任務(wù)，但可以以特定的方式分發(fā)信息，如果其中一顆衛(wèi)星發(fā)生故障等，其他衛(wèi)星就可以接管。
該集群可作為永久性太空情報基礎(chǔ)設(shè)施。來自衛(wèi)星集群中的衛(wèi)星數(shù)據(jù)可以在本地處理，然后關(guān)鍵數(shù)據(jù)位可以通過一系列節(jié)點傳遞到預(yù)期的目的地。可以用于從近地軌道到深空的各種環(huán)境。
群體智能方法可用于設(shè)計衛(wèi)星控制器，也可用于解決衛(wèi)星編隊飛行問題。
例如：成群的小衛(wèi)星可以相互通信，從多個角度收集一天或一年中不同時間的重要天氣模式的數(shù)據(jù)。這種使用機器學(xué)習(xí)算法的蜂群可能會徹底改變科學(xué)家對天氣和氣候變化的理解。一種可能是衛(wèi)星群，衛(wèi)星將在不同的軌道上運行，這將使它們能夠以不同的角度觀察云或其他現(xiàn)象。另一個蜂群可以用相似的視角觀察同樣的現(xiàn)象，但在一天的不同時間。第三種類型的星群可能將兩者結(jié)合起來，一些衛(wèi)星在同一軌道上，相互跟隨，有一些時間偏移，其他衛(wèi)星可能在不同高度和/或傾角的軌道上。
衛(wèi)星集群
是歐空局地球探索者機會計劃中的一個小衛(wèi)星星座任務(wù)，由丹麥國家空間中心提出。2007年1月，DNSC成為丹麥技術(shù)大學(xué)的DTU空間研究所。蜂群任務(wù)將是歐洲航天局繼GOCE、SMOS和CryoSat-2之后的第4次地球探測任務(wù)。
在近地軌道上繪制地球磁場矢量的第一個任務(wù)是NASA的MagSat航天器(1979年10月30日發(fā)射)。由于近地點較低(近地點=350公里，遠(yuǎn)地點=551公里)，MagSat在軌道上只停留了7個半月，直到1980年6月11日。大約20年后，丹麥的?rsted微型衛(wèi)星(1999-)、德國的CHAMP(2000-)、阿根廷的SAC-C(2000-)都是專門為繪制LEO磁場而設(shè)計的。最近這些任務(wù)的共同之處是磁強計包，它利用一個矢量場磁強計與一個星跟蹤器(CHAMP為2個)共同安裝在光學(xué)臺上。隨著儀器包精度的不斷提高，以及建模方法向信號優(yōu)化分解方向的改進，人們認(rèn)識到，如果要打破最終的建模障礙時空模糊，就需要同時獲得空間上多個點的數(shù)據(jù)。
Swarm任務(wù)的總體目標(biāo)是建立在?rsted和CHAMP任務(wù)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，提供迄今為止最好的地磁場(多點測量)及其時間演化調(diào)查，通過提高我們對地球內(nèi)部和氣候的理解來獲得對地球系統(tǒng)的新見解。
這將由三顆衛(wèi)星組成的星座來完成，其中兩顆將在較低的高度飛行，測量磁場的東西梯度，一顆衛(wèi)星將在不同的當(dāng)?shù)貢r間部門的較高高度飛行。還將進行其他測量，以補充磁場測量。將這些多點測量結(jié)合在一起，就可以推斷出導(dǎo)致測量場產(chǎn)生的一系列固體地球過程的信息。
微小衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展https://wenku.baidu.com/view/ce143afe2bea81c758f5f61fb7360b4c2e3f2aea.html?_wkts_=1671116940313&bdQuery=%E5%B0%8F%E5%BE%AE%E5%8D%AB%E6%98%9F
白雪，左小玉等. 小衛(wèi)星集群系統(tǒng)任務(wù)規(guī)劃與控制方法
https://www.geekwire.com/2019/lockheed-martin-space-cloud-hivestar-satellites/
https://www.nasa.gov/feature/goddard/2021/nasa-works-to-give-satellite-swarms-a-hive-mind
https://www.eoportal.org/satellite-missions/swarm#swarm-geomagnetic-leo-constellation
文章來源：MBSE知識庫與應(yīng)用案例
