小型卫星越来越多地利用COTS组件

　　当今低成本地面应用中流行的许多COTS技术现在正在适应太空，并进入小型卫星。

　　改善发射进入太空的机会有助于推动小型卫星市场的发展，并推动了对使用小型系统的新关注。现在，可以很容易地将小型卫星放置在发射系统上，这些发射系统被发送到国际空间站或低地球轨道（LEO），而成本只是过去的一小部分 - 现在要花费数十万美元，而不是数百万美元 - 并且相当定期地，人们正在寻找独特的方法来利用空间并创造新的破坏性能力。

　　小型卫星被广泛定义为质量高达500公斤的卫星。“有一个相互交织的子分界线的连续体，对应于质量和体积的增加，包括纳米卫星，通常被称为‘CubeSats’。立方体卫星的范围从1到10公斤不等，并以10×10×10厘米的规范单位描述，“约翰霍普金斯大学应用物理实验室的小卫星专家Aaron Q. Rogers解释说。

　　太空中的婴儿床

　　有趣的是，商用现货（COTS）技术在小型卫星中发挥着越来越重要的作用。“显然，随着我们看到小型卫星设计以相当激进的成本点进行商业努力，它涉及使用工业和汽车级电子产品以及来自非传统太空市场的其他元素。..。..因此，COTS的使用变得越来越普遍，“罗杰斯说。

　　使用COTS，任何部件都不能异想天开地使用 - 每个部件仍然需要务实的选择和筛选。“你需要将这个过程与你对这些部分的成功和结果的期望相协调，”罗杰斯指出。“我们看到许多电子产品 - 成像技术，无线电技术，导航和GPS接收器，以及我们在手机中认为理所当然的其他东西 - 正在进入太空设计。

　　使用 COTS 部件的关键是无需修改它们即可在重新打包后在系统中工作。“你想利用它们的成本，所以从货架上买下它们是固有的。我可以告诉经验，我们已经采用了COTS组件，并且必须将它们缩小到一个维度，这可能会变得非常昂贵，“罗杰斯补充道。

　　测试可能会有所不同

　　有时，小型卫星只需要很少的测试，“既受到高风险态势的驱动，在这种态势下，设计可以如此便宜地进行，以便将损失的财务影响降至最低，或者它是时间表驱动的，以支持市场机会，因此测试需要变得简单高效，”罗杰斯说。

　　然而，在其他情况下，罗杰斯指出，“更优先考虑确保卫星将长时间工作，并具有更高的信心水平，它将按预期提供其设计的能力”。“因此，即使决定使用商业部件，这些任务开发人员也可能会将它们置于额外的筛选级别 - 降低它们的价格，这意味着在低于实际指定的水平上运行它们，以提供一些空间来限制它们被执行的程度，或者使用冗余和类似性质的东西。这是一个连续体，取决于应用程序，客户或赞助商的需求，当然还有成本和时间表。

　　从历史上看，探测器或光学系统需要经过一系列测试，或者必须具有一定的质量或更高。罗杰斯说：“现在，一些公司正在采用更类似于汽车或工业应用中使用的系统——具有在极端热和冲击的恶劣环境中运行的血统——并发现它们可以将它们转化为太空应用。

　　仍然有大量的物理和工作，例如，确保卡片等部件在太空中受到辐射防护。嵌入式计算公司Aitech Defense Systems Inc.的下一代微处理器SP0使用飞思卡尔的MPC8548e处理器，他们“与NASA合作，并使用加州大学戴维斯分校的回旋加速器对所有零件和产品进行辐射测试，”Aitech军事和航空航天业务部门副总裁Doug Patterson表示。

　　罗杰斯说，正在发现新的方法来适应低成本地面应用中流行的COTS技术，以便在太空中使用。“这实际上更多的是接受风险，并找到方法来操纵和减轻风险，以取得更大的成功，并实现可能带来的所有成本和调度节省，”他补充道。

　　帕特森说，这一领域的另一个趋势是“NASA内部和大型主要用途的新举措，即使用非EEE（电气，电子和机电）零件。“虽然它还没有获得太多的牵引力，但它很重要，因为这些是当今最可靠的部件。权衡是EEE部件非常昂贵，因此降低成本使您能够建造更多的卫星，并可能将它们放入LEO并通过能够进行负载共享的无线网络进行互连。

　　冗余问题

　　使用 COTS 部件时，您是否需要担心冗余？“是的，也许吧。这真的取决于你想做什么或你的方法是什么，“罗杰斯解释说。“如果你有一个需要工作一到三年或更长时间的任务，或者如果你使用了很多在零件谱系、性能或可靠性方面可追溯性较低的零件，那么克服不确定性的一种方法是飞行冗余零件并在船上安装备件，这样如果零件发生故障，您可以将备份联机。这通常不会完成，但是飞行存储单元或电源系统或其他设备的额外副本是处理商业部件的一种方式。

　　罗杰斯说，虽然有许多商业力量将成本模型推向非常便宜的供应商和供应商，但“一些任务仍然需要高度保证性能成功 - 特别是那些军方或政府希望按预期运营的任务。“对于那些人来说，仍然需要做好测试，使用好的零件，并有一个深思熟虑的，务实的和持久的设计方法。

　　这并不是说这两种类型的任务不能共存并希望从中受益，“因为符合更高性能低风险任务需求的产品和服务也可以向下移动以支持成本驱动的任务，因为生产规模和合格的低成本COTS解决方案可以向上迁移，”罗杰斯指出。

　　现在，存在一些分岔，一些进入小卫星空间的玩家不能因为政治原因而失去任务，这与商业努力不同，商业努力可以上升并赌博并即时学习，然后迭代。罗杰斯说，他希望看到这两个社区“可能在未来五年内进一步融合。在空间的使用和访问方式方面，这将是一个真正的变化，“他补充道。

　　一些小公司 - 如火箭实验室和萤火虫太空系统公司 - 正试图为小型卫星建造专用发射系统，并正在接受风险投资公司的大笔投资。罗杰斯说：“当这些飞机进入市场时，它们在2015年底到2016年的时间框架内有了可靠的飞行演示目标，那么我们就可以真正开始谈论我们想要去哪里进行这些小型地球任务，以创建专门建造的部署星座，并真正降低成本标准。

　　调整小尺寸

　　CubeSats非常小 - 名义上为3U或“三重”为四到五千克 - 并且体积有限，但是“事实证明，通过移动到6U外形尺寸或多达50千克的‘Express级’小型卫星）使它们变得更大，清单的额外费用通常不会直接扩展，只要您仍然可以利用发射通道和共享任务，“他说。

　　这意味着更大的体积“可以更多地使用COTS组件，从而为传感器和有效载荷提供更多的性能或适应性。这可能是我们作为一个社区现在正在弄清楚的巨大价值地位，“罗杰斯指出。

　　就小型卫星尺寸而言，似乎也达到了一个拐点。“一个很好的类比是将小卫星的正确尺寸与iPhone或其他智能手机进行比较，”罗杰斯指出。“它们一直在变小，直到它们变得太小，现在我们正在回到稍微大一点的尺寸，以获得更多的功能，性能和实用性。。

　　小型卫星也带来了新的安全问题。卫星命令和控制（C2）链路需要加密或其他数据隐私方法，以防止入侵和不必要的访问。罗杰斯指出：“保持对C2网络的控制非常重要，人们正在积极研究有效且与小型卫星更有限的资源相一致的方法。

　　小型座椅的军事应用

　　现在，许多任务更多地是由高时间或空间访问驱动的，而不是由具有单个孔径或传感器的大型平台的精美性能驱动的。“这意味着通过使用大量的传感器 - 无线电或相机系统 - 可以支持任务，”罗杰斯说。创建这些系统的星座可以实现巨大的重访率或访问地球上的区域，从而能够以更高的重复节奏提供大量细节。“我们通过全球图像和天气在商业方面看到了这一点。..。..它有点把自己推向国防部方面，“罗杰斯继续说道。“政府真的开始注意到用这些额外的数据集来补充他们的系统的机会，以提高整体知识。例如，目前正在探索星座，用于自动识别系统（AIS）跟踪应用。

　　就其本身而言，美国空军太空司令部（AFSC）正在探索一些节省成本的措施，如小型卫星，分解，商业租赁安排和区块购买，这些都提供了规模经济的好处。

　　功能分解“意味着以前包含在一颗卫星上的传感器或提交现在分散在几颗更小，更不复杂，更实惠的卫星上，”AFSC公共事务当前运营司司长Anthony D. Roake解释说。“AFSC对分解的概念很感兴趣，因为它可以通过将能力分散到更小，不太复杂的卫星上来提高弹性，以避免可能导致战场灾难性中断的单点故障。

　　美国空军的作战响应空间（ORS）办公室对更快，更便宜地进入轨道的能力感兴趣，其一些计划涉及CubeSats。AFSC现在正在“利用从ORS计划中吸取的经验教训来探索建造更小的卫星，其中一些代表分解的能力，而另一些则仅利用较小的传感器包，”Roake补充道。

　　增加COTS的使用和开放标准

　　对于低于100公斤的立方体卫星和小型微型卫星，目前空间合格部件的供应商社区有限。

　　罗杰斯说：“许多开发人员正试图以新的方式构建自己的或使用COTS部件，随着这些部件的成功实现 - 或者吸取的经验教训被带回并进行迭代，以使设计更适合空间应用 - 这个市场应该稳定和发展。“同样，由于作为卫星开发人员可以利用的供应商有限，因此目前没有太多标准，因此从事设计工作的人倾向于做任何有意义的事情。电气和数据存在一些一致性，在某些情况下，机械接口也存在一致性，但仍然涉及很多差异。

　　帕特森指出，商业公司正在“建造立方体卫星，所以我们开始看到他们给大型素数带来一些竞争。“但有很多机会 - 硬件仍然很昂贵，没有人想把它送到太空，只是为了让它掉出轨道。

　　此外，正如帕特森所指出的那样：“具有生产太空产品经验的公司 - 具有商业，军事和太空经验的公司 - 能够为客户提供在组件之间来回移动的选择和能力，甚至有选择地选择似乎比其他组件更不易受到辐射的组件。

　　现在，“我们正处于新生阶段，许多人正在进入任务开发市场，”罗杰斯补充道。“随着子系统供应商开始融合并推动标准接口之间的一致性，以使其产品更具可生产性和可互换性，其中一些事情将趋同，类似于更大规模的航空航天工业中存在的情况。预计这种情况将在未来几年内稳定下来。

　　审核编辑：郭婷