2013年02月06日16:33
以往的人造衛星大多十分龐大，不僅重達數噸，而且體積和一棟房子不相上下。這些大型人造衛星需要花費數億美元的開發成本和5年左右的開發時間。但最近，重量不到100公斤的超小型衛星越來越多。盡管絕對性能比不上大型衛星，但隻需數百萬美元的費用和1∼2年的時間便可開發出來。
其中，還有一種尤其小的人造衛星，那就是邊長10厘米、重約數公斤的立方體衛星（CubeSat）（圖1）。2003年6月，全球最早的兩顆立方體衛星——東京大學的“XI-Ⅳ”和東京工業大學的“CUTE-Ⅰ”同時發射升空，迄今為止，僅日本就發送了近20顆立方體衛星。
圖1 日本超小型衛星（立方體衛星）的歷史發射全球首顆超小型星整整10年后的2013年，日本發射了全球第一顆商用超小型衛星。
集超小型衛星大成者是預定於立方體衛星誕生10年之后的2013年上半年在俄羅斯發射的“WNISAT-1”（圖2）。這是日本氣象公司Weathernews用來觀測北冰洋航線海冰情況的衛星，也是全球第一顆商用超小型衛星。WNISAT-1由衛星開發風險企業AXELSPACE開發，該公司是由東京大學及東京工業大學等從事超小型衛星研究的技術人員成立的（圖3）。
圖2 全球首顆商用超小型衛星“WNISAT-1”AXELSPACE開發出了被Weathernews用於觀測北冰洋航線的衛星。圖片為飛行模型。
圖3 AXELSPACE社長中村友哉其身后是保管衛星部件實物等的無塵室。
WNISAT-1的外形是邊長27厘米的立方體，重約10公斤。觀測儀器配備了光學攝像頭以及用來識別雲和冰的近紅外線攝像頭。攝像頭的分辨率為500米。如果提高分辨率，勢必會造成拍攝范圍縮小，因此，為了能夠在一次拍攝中覆蓋北冰洋的廣闊洋面，此次大膽地降低了分辨率。 AXELSPACE社長中村友哉介紹說，機身的開發費用為1.5億日元左右，“如果下次再制造相同機身，開發費用會低於1億日元”。 WNISAT-1內部的絕大部分配件為地面用產品，都是經過輻射試驗等確認沒有問題之后才使用的。中村表示：“隻要是工業級別的部件，即便不是宇航專用品也能使用，這樣的產品很多。”宇航專用部件隻有GaAs類三接合型宇航專用太陽能電池。除了特殊產品之外，印刷電路板使用的都是印刷電路板制造服務商P板.com公司生產的產品。 AXELSPAC介紹說，WNISAT-1演示的意義較大，預定從2號機開始考慮實用性並略微增大尺寸。如果觀測設備採用光學傳感器，會在夜間或有雲時觀測不到，所以該公司正在討論在2號機上配備可觀測微波反射信號的合成孔徑雷達（SAR）以及被動型微波傳感器等。 此外，AXELSPACE還與東京大學和日本新一代宇航系統技術研究協會聯合推進了“Hodoyoshi 1號”的開發。這是一顆邊長為60厘米、重60公斤的地球觀測衛星。 AXELSPACE的目標是，將來構建可協調多顆超小型衛星的“衛星星座”（Satellite Constellation），實時對地球全體進行觀測。以往的大型地球觀測衛星由於觀測某一地點的時間有限，很難實現地球整體的實時觀測。而使用超小型衛星的話，可向軌道投入多顆衛星，因此可通過為各衛星分配不同的觀測任務，實現地球全體的實時觀測。中村充滿信心地表示：“如果可實現對地球整體的實時觀測，各國就不能再隱瞞發生的內戰及事故了，這是超越互聯網的創新。我們打算投入風險資金迅速構建衛星星座，以建立新的基礎設施。” 人造衛星被用於藝術領域
迄今為止，日本的很多超小型衛星都是以附著於大型衛星的形式，由日本宇宙航空研究開發機構（JAXA）與三菱重工業公司的H-IIA火箭發射。2013年度也將有很多超小型衛星發射升空，其中，有7顆將附著於全球降水觀測計劃“GPM”主衛星發射，4顆附著於陸地觀測技術衛星2號“ALOS-2”發射。 在附著於GPM發射的衛星中，尤其與眾不同的是多摩美術大學和東京大學共同開發的“藝術衛星INVADER”（圖4），其目的是用於媒體藝術，號稱“全球首顆藝術衛星”。該衛星的開發主要由東京大學團隊負責，利用衛星提供的數據制作藝術作品、地面站的運營以及數據發送由多摩美術大學團隊負責。在2012年12月初舉行的“Maker Faire Tokyo2012”展會上，兩所大學進行了衛星的概念演示，利用照射在衛星太陽能面板上的光能，點亮了設置於地面站的模仿衛星形狀的燈飾。
圖4 預定2013年度內發射的“藝術衛星INVADER”目的是用於媒體藝術。下方是實物大小的模型。右側為進行數據處理的電路板。左上角是設置於地面站的燈飾。與衛星太陽能面板聯動，可點亮LED燈。
用來實現藝術任務的數據處理用計算機是開源硬件“Arduino”的兼容品。這是因為Arduino具備沒有嵌入式編程經驗的設計師也能輕鬆使用的軟件開發環境。 隻需更換觀測設備即可具備不同功能 由NEC公司開發、重量不到500公斤卻具有50厘米高分辨率的地球觀測衛星“ASNARO”也將從2013年投入運轉（圖5）。而在以前，具有該級別分辨率的衛星均重達1∼2噸。
圖5 將於2013年發射的NEC小型衛星“ASNARO”作為日本經濟產業省的直屬項目開發而成。衛星平台與任務設備的模塊分離，可開發出隻需更換任務設備即可擁有不同功能的衛星。
發射ASNARO的火箭將使用俄羅斯的“Rockot”而不是日本的H-IIA，計劃在亞斯內（Yasnyy）宇航基地發射升空。這是因為H-IIA的低軌道用途發射能力高達10∼15噸，如果僅僅運載、發射ASNARO則效率太低。NEC稱，ASNARO的設計還支持JAXA正在開發的小型固體燃料火箭“Epsilon”。 ASNARO於2008年度開始開發，起初是NEC為日本經濟產業省下屬的財團法人無人宇宙實驗系統研究開發機構（USEF，目前已改組為宇宙系統開發利用推進機構）開發衛星的的項目，2011年度成為日本經濟產業省的直屬項目，開發主體由USEF變成NEC。開發經費由政府補貼三分之二，NEC負擔三分之一。從發射升空到投入使用，均使用經產省的預算，之后由NEC進行民間運營。運營所需要的費用將通過銷售高分辨率拍攝數據獲得。 ASNARO的最大特點是，用來實現姿勢控制及通信等衛星基本功能的衛星平台“NEXTAR”和進行觀測等的任務設備模塊是分離的。因此，可開發出隻需更換任務設備進行調整就能進行不同觀測任務的衛星。ASNARO配備的是高分辨率光學攝像頭，NEC已開始開發配備合成孔徑雷達的“ASNARO-2”。 ASNARO為了實現輕量化，實施了多項改進。比如，以前需要使用3台不同的計算機進行數據處理（控制命令處理等）、姿勢控制及觀測數據處理。而ASNARO通過配備三個小型計算機模塊“Space Cube2”，分別進行這些處理。而且，以前的觀測衛星一般都使用攝像頭玻璃反射鏡，而此次採用了名為“高強度反應燒結碳化硅”的不易處理但卻很輕的材料。 ASNARO的另一特點是採用了閃存。因為從原理來說閃存肯定會劣化，所以此前JAXA的衛星都不使用閃存，而是將數據保存在SDRAM中（一旦失去電源，數據也會消失）。最近，因為閃存具備了“發熱及耗電量低”、“大容量產品也可輕鬆實現小型化”以及“低成本”等優點，海外小型衛星採用閃存的例子越來越多。ASNARO也十分重視這些優點，配備了從消費類產品中挑選出來的作為宇航用產品銷售的閃存。（日經技術在線！ 供稿）
