小型卫星市场成长快速 散热却是成败关键之一
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所谓小型卫星包括小型卫星、微型卫星(10~100公斤)、奈米卫星(1~10公斤),重量通常不超过500公斤,主要用途于地球观测与气象,科学研究与探索,通信,监视与安全,测绘与导航,最终用户于商业,军事,公民/政府。
在全球小型卫星市场中,奈米卫星使用最广泛,市场份额最大。因为奈米卫星质量小、体积小的特性,再加上SpaceX火箭回收发射再利用技术成熟,造成发射成本降低。另一方面,从商用需求的角度来看,由于商业服务增加,因此像是SpaceX、谷歌、亚马逊和Facebook等需要卫星宽带和网络的公司,也促使小型卫星的需求增加。
小型卫星重量220至500 kg之间,成功机率高达96%
近年来,随着小型卫星可靠性提高而增加成功发射比例,因而造就市场上的小型卫星数量也大大增加,展现了该产业日益成熟度。自2013年起,每年至少有85%的小型卫星成功完成发射。
根据The Aerospace Corporation发表的研究显示,2009年至2018年期间发射的小型卫星(重量不超过500公斤)有87%完成成功发射任务。而先前在2009年至2013年间,发现成功完成发射的小型卫星,不超过76%。
一般而言,较大的小型卫星相较小的小型卫星更可靠。该研究发现,重量落在220至500 kg之间的小型卫星,成功机率高达96%。
会失败的小型卫星,通常是在执行任务初期就失败,也就是若能克服前两个月的婴儿期阶段,那么很可能在整个设计过程中就降低失败风险。其中,通讯和电力系统故障是小型卫星故障的主因,至少那些可以辨认根本原因的案例是这样。尚有近四分之一的小型卫星故障是找不到原因的。
小型卫星可靠性的提高,是因为发射的小型卫星数量急速增加。最初的研究包括从2009年到2013年发射的244个小卫星;往后的五年,尽管中间因发射失败出现下降,但还是发射了1,208个小卫星。
小型卫星的散热能力成为棘手问题
随着小型卫星功能越来越强大,更需要更好的电子管理系统来处理所产生的散热问题。
小型卫星要处理的数据越来越多,无论是遥测影像收集或是地面传感器和智慧装置的路由流量。例如Planet公司的光学成像立方卫星的机载内存(onboard memory),一个卫星从8年前16 GB增加到2020年的2 TB,成长了125倍,由于高功率卫星的运作,例如高资料传输率通讯,会产生大量的热量,尤其在小型卫星很小的体积进行电子封装,使得散热非常困难。
制造商及其供应商正在开发新的方法来处理小型卫星上的多余热量:
1.美国乔治亚州亚特兰大的新创公司Carbice,预计今年(2020)将在其卫星上搭载其新型奈米技术碳纤维热管理材料。
2.美国研发公司Creare在NASA喷气推进实验室(Jet Propulsion Laboratory)的支持下也在研究开发储热系统。
3.Pumpkin公司与美国空军研究实验室共同开发的一种热管理系统,该系统包括将热量散布到太空中的散热器、设计用于在卫星内部传递热量的管道以及储热组件。
随着立方卫星和小型卫星的发展,太空新创公司正在寻求其他技术改进,例如:更好的太阳能电池板、改良的网络安全性和功能更强大的传感器。