2013年02月06日16:33
以往的人造卫星大多十分庞大，不仅重达数吨，而且体积和一栋房子不相上下。这些大型人造卫星需要花费数亿美元的开发成本和5年左右的开发时间。但最近，重量不到100公斤的超小型卫星越来越多。尽管绝对性能比不上大型卫星，但只需数百万美元的费用和1～2年的时间便可开发出来。
其中，还有一种尤其小的人造卫星，那就是边长10厘米、重约数公斤的立方体卫星（CubeSat）（图1）。2003年6月，全球最早的两颗立方体卫星——东京大学的“XI-Ⅳ”和东京工业大学的“CUTE-Ⅰ”同时发射升空，迄今为止，仅日本就发送了近20颗立方体卫星。
图1 日本超小型卫星（立方体卫星）的历史发射全球首颗超小型星整整10年后的2013年，日本发射了全球第一颗商用超小型卫星。
集超小型卫星大成者是预定于立方体卫星诞生10年之后的2013年上半年在俄罗斯发射的“WNISAT-1”（图2）。这是日本气象公司Weathernews用来观测北冰洋航线海冰情况的卫星，也是全球第一颗商用超小型卫星。WNISAT-1由卫星开发风险企业AXELSPACE开发，该公司是由东京大学及东京工业大学等从事超小型卫星研究的技术人员成立的（图3）。
图2 全球首颗商用超小型卫星“WNISAT-1”AXELSPACE开发出了被Weathernews用于观测北冰洋航线的卫星。图片为飞行模型。
图3 AXELSPACE社长中村友哉其身后是保管卫星部件实物等的无尘室。
WNISAT-1的外形是边长27厘米的立方体，重约10公斤。观测仪器配备了光学摄像头以及用来识别云和冰的近红外线摄像头。摄像头的分辨率为500米。如果提高分辨率，势必会造成拍摄范围缩小，因此，为了能够在一次拍摄中覆盖北冰洋的广阔洋面，此次大胆地降低了分辨率。 AXELSPACE社长中村友哉介绍说，机身的开发费用为1.5亿日元左右，“如果下次再制造相同机身，开发费用会低于1亿日元”。 WNISAT-1内部的绝大部分配件为地面用产品，都是经过辐射试验等确认没有问题之后才使用的。中村表示：“只要是工业级别的部件，即便不是宇航专用品也能使用，这样的产品很多。”宇航专用部件只有GaAs类三接合型宇航专用太阳能电池。除了特殊产品之外，印刷电路板使用的都是印刷电路板制造服务商P板.com公司生产的产品。 AXELSPAC介绍说，WNISAT-1演示的意义较大，预定从2号机开始考虑实用性并略微增大尺寸。如果观测设备采用光学传感器，会在夜间或有云时观测不到，所以该公司正在讨论在2号机上配备可观测微波反射信号的合成孔径雷达（SAR）以及被动型微波传感器等。 此外，AXELSPACE还与东京大学和日本新一代宇航系统技术研究协会联合推进了“Hodoyoshi 1号”的开发。这是一颗边长为60厘米、重60公斤的地球观测卫星。 AXELSPACE的目标是，将来构建可协调多颗超小型卫星的“卫星星座”（Satellite Constellation），实时对地球全体进行观测。以往的大型地球观测卫星由于观测某一地点的时间有限，很难实现地球整体的实时观测。而使用超小型卫星的话，可向轨道投入多颗卫星，因此可通过为各卫星分配不同的观测任务，实现地球全体的实时观测。中村充满信心地表示：“如果可实现对地球整体的实时观测，各国就不能再隐瞒发生的内战及事故了，这是超越互联网的创新。我们打算投入风险资金迅速构建卫星星座，以建立新的基础设施。” 人造卫星被用于艺术领域
迄今为止，日本的很多超小型卫星都是以附着于大型卫星的形式，由日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）与三菱重工业公司的H-IIA火箭发射。2013年度也将有很多超小型卫星发射升空，其中，有7颗将附着于全球降水观测计划“GPM”主卫星发射，4颗附着于陆地观测技术卫星2号“ALOS-2”发射。 在附着于GPM发射的卫星中，尤其与众不同的是多摩美术大学和东京大学共同开发的“艺术卫星INVADER”（图4），其目的是用于媒体艺术，号称“全球首颗艺术卫星”。该卫星的开发主要由东京大学团队负责，利用卫星提供的数据制作艺术作品、地面站的运营以及数据发送由多摩美术大学团队负责。在2012年12月初举行的“Maker Faire Tokyo2012”展会上，两所大学进行了卫星的概念演示，利用照射在卫星太阳能面板上的光能，点亮了设置于地面站的模仿卫星形状的灯饰。
图4 预定2013年度内发射的“艺术卫星INVADER”目的是用于媒体艺术。下方是实物大小的模型。右侧为进行数据处理的电路板。左上角是设置于地面站的灯饰。与卫星太阳能面板联动，可点亮LED灯。
用来实现艺术任务的数据处理用计算机是开源硬件“Arduino”的兼容品。这是因为Arduino具备没有嵌入式编程经验的设计师也能轻松使用的软件开发环境。 只需更换观测设备即可具备不同功能 由NEC公司开发、重量不到500公斤却具有50厘米高分辨率的地球观测卫星“ASNARO”也将从2013年投入运转（图5）。而在以前，具有该级别分辨率的卫星均重达1～2吨。
图5 将于2013年发射的NEC小型卫星“ASNARO”作为日本经济产业省的直属项目开发而成。卫星平台与任务设备的模块分离，可开发出只需更换任务设备即可拥有不同功能的卫星。
发射ASNARO的火箭将使用俄罗斯的“Rockot”而不是日本的H-IIA，计划在亚斯内（Yasnyy）宇航基地发射升空。这是因为H-IIA的低轨道用途发射能力高达10～15吨，如果仅仅运载、发射ASNARO则效率太低。NEC称，ASNARO的设计还支持JAXA正在开发的小型固体燃料火箭“Epsilon”。 ASNARO于2008年度开始开发，起初是NEC为日本经济产业省下属的财团法人无人宇宙实验系统研究开发机构（USEF，目前已改组为宇宙系统开发利用推进机构）开发卫星的的项目，2011年度成为日本经济产业省的直属项目，开发主体由USEF变成NEC。开发经费由政府补贴三分之二，NEC负担三分之一。从发射升空到投入使用，均使用经产省的预算，之后由NEC进行民间运营。运营所需要的费用将通过销售高分辨率拍摄数据获得。 ASNARO的最大特点是，用来实现姿势控制及通信等卫星基本功能的卫星平台“NEXTAR”和进行观测等的任务设备模块是分离的。因此，可开发出只需更换任务设备进行调整就能进行不同观测任务的卫星。ASNARO配备的是高分辨率光学摄像头，NEC已开始开发配备合成孔径雷达的“ASNARO-2”。 ASNARO为了实现轻量化，实施了多项改进。比如，以前需要使用3台不同的计算机进行数据处理（控制命令处理等）、姿势控制及观测数据处理。而ASNARO通过配备三个小型计算机模块“Space Cube2”，分别进行这些处理。而且，以前的观测卫星一般都使用摄像头玻璃反射镜，而此次采用了名为“高强度反应烧结碳化硅”的不易处理但却很轻的材料。 ASNARO的另一特点是采用了闪存。因为从原理来说闪存肯定会劣化，所以此前JAXA的卫星都不使用闪存，而是将数据保存在SDRAM中（一旦失去电源，数据也会消失）。最近，因为闪存具备了“发热及耗电量低”、“大容量产品也可轻松实现小型化”以及“低成本”等优点，海外小型卫星采用闪存的例子越来越多。ASNARO也十分重视这些优点，配备了从消费类产品中挑选出来的作为宇航用产品销售的闪存。（日经技术在线！ 供稿）
