“吉林一号”小卫星结构特点及其原因

PAGE9飞行器总体设计课堂作业 “吉林一号”小卫星结构设计特点及其原因学号151220212姓名黄爱恩南京航空航天大学二○一五年五月目录1任务概述 11.1概况 11.2进展——“吉林一号”卫星已进入研制第三阶段 12“吉林一号”的结构特点 12.1小卫星——小卫星体重不超1吨 12.2吉林省小卫星工程——初步规划小卫星每天绕地球16圈 22.3结构特点——“吉林一号”身材娇小外形尺寸也就1立方米 32.4结构特点——“一箭四星”开创我国商业卫星应用先河 42.5结构特点——“千里慧眼”为百姓提供高端服务 53任务完成情况 53.1创新发展打造航天信息产业集群 53.2“长光卫星技术有限公司成立于2014年12月，长春 64任务取得成果 61.1“靶位定向”商业市场潜力巨大 62.2宏伟规划15年内实现138颗卫星在轨 75参考文献 8任务概述1.1概况“吉林一号”小卫星升空在即，航天产业园建设快马加鞭

五月春城莺飞草长、鲜花盛开，春城处处涌动项目建设热潮。在众多大项目、好项目之中，“吉林一号”卫星项目的进展最牵动人心。

近日，记者从中科院长春光机所卫星科技公司了解到，由中科院长春光机所长光卫星技术有限公司研制的我国首颗商用遥感小卫星“吉林一号”预计将于今年年底前实现发射升天，“千里慧眼”即成现实，卫星对于全省人民来说，将不再遥不可及。1.2进展——“吉林一号”卫星已进入研制第三阶段

东北地区的首颗商用卫星“吉林一号”是一种遥感卫星，采用“星载一体化”的整星设计方法和系列化、商业化发展思路，形成全方位、全地域空间遥感信息获取能力，满足民用航天装备发展和国民经济建设对遥感卫星需求。

王家骐院士透露，“吉林一号”卫星的正式研制工作已经开展了三年时间。“卫星研制分模样、初样和正样三个阶段，‘吉林一号’已经顺利地通过前面两个阶段的测试，进入了正样试验阶段。”王家骐透露。第一阶段：“模样”

王家骐解释，在“模样”阶段，主要任务是确定卫星的性能，以及所有与其有关的技术问题。这方面的知识很复杂，涉及光学、电子、机械、结构等等，要把所有的技术问题都解决，然后才能进入初样阶段。培育出“吉林一号”的团队，覆盖飞行器设计等多个学科，总人数近60人，有院士1人，长江学者1人。第二阶段：“初样”“模样”阶段结束后，工程就进入了第二阶段：“初样”。这一阶段非常重要，要开展一系列包括力学、热学在内的严格模拟环境试验，以此检测设计方案。王院士简单解释说：“其实就是通过各种各样的实验，把发射过程和天上运行的过程在地面上模拟完成了。”第三阶段：“正样”初样考核通过了，才进入正样阶段。“是不是正样完成后，就意味着卫星已经研制成功了？”记者问。王院士解释：“你理解得不完全，其实卫星发射和进入太空不可预测的东西很多，风险也很大，只要没有进入太空轨道运行，谁也不敢说它就是成功了。”采访时，记者想一睹“吉林一号”的风采，可是不巧，它正在实验室里接受试验。光机所工作人员介绍：“实验室里要求十分严格，除非是科研人员，其他人不允许进入。”“吉林一号”的结构特点2.1小卫星——小卫星体重不超1吨

“小卫星是卫星系的一个分支。”金光介绍，从上世纪70年代发射第一颗卫星“东方红号”开始，我国航天事业的发展日新月异，“但是最开始发射卫星时，没有提出大卫星或小卫星的概念，只是统一称为卫星。”现在，卫星的定义，常用重量来划分，“一般来说，重量1~3吨的称为大卫星，重量低于1吨的称为小卫星。”

小卫星具有功能密度大、技术含量高、研制和发射成本低、体积小、重量轻、研制期短、发射手段灵活和易于组网等特点。大卫星的制造周期长，从开始研制到发射上天，要经过5年以上的时间，而小卫星很短，只需要1至2年的时间。“研发一颗大卫星的经费，相当于10颗小卫星。”金光说，不仅如此，小卫星的应用功能也十分广泛。“卫星是通过火箭的方式发送到地球的近地轨道或高轨的轨道上，在轨道运行过程中，卫星承担了很多的功能。”

小卫星可以作为气象卫星、通信卫星。小卫星的另一个应用，是在测绘领域。此外，小卫星还可以对农业估产、地质灾害预报、矿产普查等地球资源进行普查，还可应用于空间技术试验、行星探测技术试验和快速反应的军事侦察等领域。

“别看这些小卫星不大，比如几百公斤的一颗小卫星，从外形尺寸来讲，也就1立方米，但是它其中的任何一个部件，都能达到几百万，组成一个卫星系统，市场售价能达到几个亿。”一颗卫星当中，涵盖许许多多的技术产业，金光介绍，比如材料科学、精密机械、微电子、计算机、通讯等等。“更重要的是在应用上所带来的经济效益。”

金光说，另外，卫星所拍摄的影像，称为卫片，卫片在国际市场上的售价达到每平方公里60美元，“一颗小卫星每天在天上飞，每天能拍摄、存储、传输几万平方公里的影像，这就相当于一个天上的‘印钞机’。”2.2吉林省小卫星工程——初步规划小卫星每天绕地球16圈

“发展卫星产业，势必对我省、乃至我国的工业发展，特别是高新技术产业的发展，起到较大的促进作用。”金光认为，我省小卫星的升空，将牵引、带动我省的工业经济，推动多个相关领域的发展，使我省迈入科技大省的行列。但是，在2005年以前，我省的卫星技术领域一片空白。“经过几年的发展，现在我们已经具备了研制卫星的能力。”

我省在航天科技研发上，拥有得天独厚的优势，成功研发了卫星上的照相机，从神舟五号载人飞船开始，到去年成功发射的神舟九号，用于拍摄、瞄准的摄像机，都是由长春光机所研制的，“我们研制卫星照相机的水平已经在国内领先，达到世界水平。而这些载荷与卫星相比，研制难度更大。”金光说。

2008年，吉林省小卫星工程中心在光机所成立，去年，国家发改委批准其成立为吉林省小卫星技术国家地方联合工程中心，金光担任该中心副主任，王家骐院士负责指导工作。“星载一体化商业卫星”项目，就此成功诞生。“星载一体化，就是以卫星照相机为核心，以光学载荷为主。”金光介绍，此项目以星载一体化先进光学遥感卫星成套技术为特色，以高性能一体化光学卫星生产、高精度星上姿态敏感器技术为重点，对以小卫星研制及应用为主线的全过程进行技术研发和集成，力争在光学卫星生产涉及到的各方面实现突破，建成集技术研发、设计、制造、应用为一体的星载一体化先进光学遥感卫星新型工程化、产业化基地。“初步规划小卫星的高度，在距离地面五六百公里的高空圆轨道，每天绕地球16圈，一个周期约90分钟。”2.3结构特点——“吉林一号”身材娇小外形尺寸也就1立方米王家骐院士介绍，“吉林一号”是一颗遥感小卫星，从外形尺寸来讲，也就1立方米。

据介绍，卫星本没有大或小之分。随着科技的不断创新，卫星也有了相应的定义，通常称质量在500千克以下、造价几十万至上千万美元的卫星为小卫星。

与大卫星相比，小卫星具有快速、低廉、可靠的特点。小卫星可以快速实现从设计、制造、发射、在轨，价格低廉，风险小，一般寿命大于十年。相对而言，大卫星的制造周期长，从开始研制到发射上天，要经过5年以上的时间。研发一颗大卫星的经费，相当于10颗小卫星。

火眼金睛拥有最先进的“眼睛”

小卫星不只是简单的质量小，而是高度集成化技术、自动化技术的应用。例如，卫星搭载的照相机常被称为卫星的“眼睛”。而这方面的研发，吉林省已经达到世界水平。

金光介绍说：“我们省在航天科技研发上拥有得天独厚的优势。从神舟五号载人飞船开始，到神舟九号，用于拍摄、瞄准的摄像机，都是由长春光机所研制的。我们研制卫星照相机的水平已经在国内领先，达到世界水平。而这些载荷与卫星相比，研制难度更大。”

多才多艺可保护资源、探测灾情

别看小卫星的个头不大，用途可是十分广泛，它可以用于土地森林和水资源调查、农作物估产、矿产和石油勘探、地质与测绘、自然灾害监视、重大工程建设的前期工作以及对环境的动态监测等，也可为开展城市规划、工程评估、精准农业、林业、测绘、资源普查、自然灾害应急监测提供技术手段。

王院士说：“它可以运用到国土整治、农业、防灾减灾等很多方面，比如国土资源保护，哪里的土地资源被非法利用，它都能够及时发现，出现水灾火灾，哪个区域受灾、情况怎么样，通过卫星都可以知道。”

收入丰厚相当于一台“印钞机”

卫星所拍摄的影像，称为“卫片”，在国际市场上的价格可以达到每平方公里60美元。

而“吉林一号”卫星瞄准民用高分辨应用领域，具有在广泛区域内获取高分辨率图像的能力，切入点正是民用高分辨遥感卫星图片的需求。

这个市场的潜力有多大？中科院长春光机所星载一体化技术研究室主任金光，曾经在接受媒体记者采访时介绍小卫星的收入：“一颗小卫星每天在天上飞，每天能拍摄、存储、传输几万平方公里的影像，这就相当于‘天上的印钞机’。”2.4结构特点——“一箭四星”开创我国商业卫星应用先河“‘吉林一号’由四颗小卫星组成，这次发射也将完成一箭四星的发射。”长光卫星技术有限公司综合办公室主任安源研究员表示，四颗卫星包括1颗重420千克的主星——“吉林一号”光学A星，主要用于获取高分辨图像，1颗重65kg的搭载星——灵巧成像验证星，主要用于航天新技术验证，2颗重95千克的搭载星——灵巧成像视频星。“‘吉林一号’卫星作为我国第一颗商用遥感卫星，开创了我国商业卫星应用的先河。”他说。

超轻量化、高分辨率对地光学遥感相机，卫星结构一体化、热控一体化、电子学一体化以及快速集成测试技术……2005年以前，吉林省在卫星整星研制技术领域一片空白。“过去研制卫星，是以卫星平台为核心的设计体制，现在以载荷为核心的设计体制已成为技术发展趋势。”安源研究员说，长春光机所依靠自主创新，攻克了一个又一个技术难题，基本掌握了这项技术。

“星载一体化，就是以卫星照相机为核心，即以光学载荷为主。”安源研究员说，采用“星载一体化”的设计主要有重量轻、体积小、成本低、可靠性高和应用效能高等多方面优势。

采用一体化的结构设计方法，具有减轻卫星结构质量、缩小体积、提高结构功能密度、减少结构部件数量等优点，非常适合小卫星自身的特点。采用一体化设计的小卫星结构,相比于传统设计方法，其重量可以减轻30%至40%。而重量轻、体积小最大的好处就是发射成本的降低，并且更利于一箭多星的发射方式。

成本低，可靠性高。“星载一体化”小卫星可以大大减少电子学单机数量，降低制造成本。

应用效能高。由于“星载一体化”小卫星的控制系统采用星载一体化的控制策略,可通过敏捷卫星与灵巧相机结合的方式,实现灵巧成像,对海岸线、边境线等以往需要卫星多次过境成像的任务只需一次过境就能完成，所以在轨应用效能极大提高。2.5结构特点——“千里慧眼”为百姓提供高端服务遥感卫星之所以神通广大，是因为它“站得高，看得远”，可以对资源进行宏观、综合、动态、快速的调查。“当下，大家熟知的航天信息产品大致有三种，首先是地图，其次是定位，第三种是前两个产品的又一次加工，即导航。对于小卫星而言，它可以作为气象卫星、通信卫星，还可以应用在测绘领域。同时，它还可以对农业估产、地质灾害进行预报，对地球资源进行普查。”刘春雨副研究员说，“吉林一号”发射升空，将对我省农业、城市规划、城市地图、旅游业等方面带来重要影响。

农业方面。通过对遥感影像的判读，能知道全省播种面积是多少，出苗率、产量如何，哪里发生了自然灾害，都能通过卫星实现更快、更准确的判断。对于全省农产品的规划、估产和地质灾害预报，会带来参考作用。

城市规划领域。长春或我省其他地区，哪里的房子是违章建筑，通过卫星影像可以很容易发现。同时，对于整个城市的整体规划上，哪里需要建新城，哪里需要修路、修桥，通过卫星影像都可以提前知晓。

城市地图方面。目前，一些新修的马路很难在地图上找到。可以说，地图的更新速度跟不上城市发展建设的速度。但卫星升空后，对于全省在摄控方面的更新速度非常快，它能做到对城市地图的最新、最权威的发布，新修的道路将很快进入导航。

旅游业方面。包括吉林省的长白山、松花湖、查干湖、五女峰等旅游景点的分布、客流的多少等，都可以通过卫星影像看到。什么时间去游客少？走哪条路更方便？这些问题都可以依靠航天技术解决了。任务完成情况3.1创新发展打造航天信息产业集群核心项目带动是产业发展的强劲动力，完善的产业链条更是经济发展的强力支撑点。航天信息产业作为先进装备制造的高端产业，具有强大的引领和辐射功能。

“我省在航天科技研发上，拥有得天独厚的优势，成功研发了卫星上的照相机，从神舟五号载人飞船开始，到去年成功发射的神舟九号，用于拍摄、瞄准的摄像机，都是由长春光机所研制的。”刘春雨副研究员表示，发展卫星产业，势必对我省乃至我国的工业发展，特别是高新技术产业的发展，起到较大的促进作用。

安源研究员认为，我省小卫星的升空，将牵引、带动我省的工业经济，推动多个相关领域的发展，使我省迈入科技大省的行列。3.2“长光卫星技术有限公司成立于2014年12月，长春

光机所以技术、专利无形资产入股，所以公司技术来源于长春光机所，光机所科研骨干加入公司，为公司后续的发展提供技术支持。”刘春雨副研究员说，公司主要产品主要分为两大类，一类为卫星及星上单机等硬件，另一类为卫星在轨拍摄的遥感数据，即遥感图片和视频。目前，公司已获批专利24项，正在审批中专利39项，软件著作权12项。

据介绍，长光卫星技术有限公司将投资30亿元，在长吉产业创新发展示范区打造航天信息产业园，项目拟落位长春光电和智能装备产业园区，占地面积12万平方米，建筑面积7.8万平方米。项目达产后预计实现产值24.2亿元、净利润9.4亿元、税金2.5亿元，其中：卫星单机及配件销售收入6.77亿元，图片数据销售收入7.7亿元，视频数据销售收入9.53亿元。未来，航天信息产业园项目将带动实现近200亿元的经济效益。

“实施‘吉林一号’卫星项目意义重大，稳步推进卫星项目建设，将有利于拓展上下游产业链，既带动光学制造、机械制造、光电传感、新材料产业发展，又扩大载荷与测控、自主遥感信息处理、防灾减灾等领域应用，全力打造民用航天产业集群。”安源研究员表示。任务取得成果4.1“靶位定向”商业市场潜力巨大“‘吉林一号’作为国内首颗商用遥感卫星，定位准确，主要为民用。类似Google地图一样，可以通过‘吉林一号’为人们提供更为精准的地理信息，同时还能实现灾害勘察、粮食产量评估、通讯等。”刘春雨副研究员说。

航天遥感信息凭借其能够提供不同种类的地球表面图像，在国土、资源、气象、自然灾害监测、城市规划等应用领域发挥着重要作用，无论是在国内还是国外，都蕴含着巨大的商业市场潜力。

通过卫星遥感数据广泛的应用，可以带动相关领域发展，从而发挥出更大的作用，产生更大的经济和社会效益。随着国家《关于促进卫星应用产业发展的若干意见》的实施，我国卫星应用产业发展迅速。预计到2020年，我国卫星应用产业规模将达到5560亿元以上，直接带动相关经济产值有望突破5万亿元人民币。

尽管国内卫星产业发展迅猛，但与国外发达国家相比，我国卫星遥感应用产业还存在较大差距。还没有形成“卫星研制-在轨运营-图像处理、分发-图像产品营销”一个完整的商业化产业链条。

美国早在本世纪初就颁布相关法令，允许分辨率在1米的卫星对民用开放，很多高分辨卫星相继发射入轨后，掀起了全世界对地观测新的浪潮，包括我们常用的谷歌地图，分辨率很高，而资源的获取大部分来自民营企业。

“而中国卫星的研制一般是政府投资，卫星上天以后再交给政府运营，更多的属于国家计划范畴。”安源研究员说，他们此次在探索全链条商业运作模式，从技术研发到产品研制，到发射升空包括市场应用，都通过商业化手段操作，在运作上也是一种创新。

据介绍，目前，我国地理信息产业发展势头良好，从业单位超过2万家，从业人员超过40万人，年产值达到1000亿元，并以每年超过25%的速度持续快速增长。预计到“十二五”末，年产值可望超越2000亿元。我国虽然相继发射了气象、海洋和资源遥感卫星系统，但当前主要运行系统仍然还是使用国外卫星数据，特别是当前国民经济和社会发展迫切需要的全天候、高分辨率遥感数据源短缺。

刘春雨副研究员说，现在我国每年花费大量的外汇，进口国外的卫片，用于我国国民经济建设，且国外卖的影像还不是实时的，卫星照片在国际市场上的售价