2022年十大衛(wèi)星技術(shù)創(chuàng)新及發(fā)展趨勢

01

小衛(wèi)星

配備了更智能、更緊湊的子系統(tǒng)，小衛(wèi)星正在取代大型衛(wèi)星和相關(guān)的基礎(chǔ)設(shè)施。

提供網(wǎng)絡(luò)連接服務(wù)的商業(yè)衛(wèi)星運(yùn)營商在部署LEO小衛(wèi)星星座，實(shí)現(xiàn)低時(shí)延的全球覆蓋。同時(shí)，越來越多的LEO小衛(wèi)星星座用于地球觀測(EO)和遙感，以實(shí)現(xiàn)卓越的觀測力。衛(wèi)星初創(chuàng)公司通過批量生產(chǎn)、與其它任務(wù)共享火箭、模塊化商業(yè)現(xiàn)貨(COTS)硬件和標(biāo)準(zhǔn)化衛(wèi)星平臺來推動這一趨勢。衛(wèi)星運(yùn)營商和所有者還通過衛(wèi)星制造的垂直整合最大限度地降低成本。這些進(jìn)步正在促使衛(wèi)星制造商使用小型衛(wèi)星來驗(yàn)證新的空間技術(shù)，以及建造小型GEO衛(wèi)星。

02

衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)

與地面基礎(chǔ)設(shè)施相比，衛(wèi)星具有更廣闊的覆蓋范圍，因此對衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)的需求正在穩(wěn)步增長。

政府和私營部門對衛(wèi)星技術(shù)的投資，特別是用于連接系統(tǒng)和解決方案的投資，正在推動衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)進(jìn)步。通過衛(wèi)星IoT傳感器和設(shè)備的商業(yè)解決方案，可實(shí)現(xiàn)在世界任何地方對資產(chǎn)進(jìn)行精確、實(shí)時(shí)的跟蹤、監(jiān)控和遠(yuǎn)程監(jiān)視。先進(jìn)的衛(wèi)星設(shè)備和傳感器技術(shù)也賦予了一系列新的云和邊緣計(jì)算能力。地面通信網(wǎng)絡(luò)通常依賴陸地和海底電纜，在極端位置受到覆蓋范圍的限制。初創(chuàng)公司使用衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)作為現(xiàn)有地面網(wǎng)絡(luò)的回程補(bǔ)充，提供混合服務(wù)，從而改善整體的基礎(chǔ)設(shè)施。

03

在軌服務(wù)

衛(wèi)星技術(shù)公司正在解決影響衛(wèi)星性能的兩大挑戰(zhàn)：清理LEO空間碎片和衛(wèi)星在軌服務(wù)。

發(fā)射的衛(wèi)星數(shù)量呈指數(shù)級增長，導(dǎo)致衛(wèi)星運(yùn)營商采用空間態(tài)勢感知(SSA)來檢測和清理空間碎片。初創(chuàng)公司為退役衛(wèi)星引入的自毀和其它脫軌技術(shù)被證明是太空可持續(xù)的有效措施。另一個(gè)清理空間的衛(wèi)星技術(shù)趨勢是增加現(xiàn)有衛(wèi)星的壽命。初創(chuàng)公司和規(guī)模化增長的公司正在通過使用任務(wù)延壽飛行器與在軌衛(wèi)星對接來延長衛(wèi)星的壽命。其他在軌服務(wù)還包括軌道轉(zhuǎn)移飛行器，以及載荷和貨物運(yùn)輸飛行器。自動機(jī)器人可在太空執(zhí)行衛(wèi)星維修和服務(wù)任務(wù)，進(jìn)一步提高了衛(wèi)星在軌服務(wù)的效率。

04

先進(jìn)的地面系統(tǒng)

衛(wèi)星遙測、跟蹤和控制技術(shù)的創(chuàng)新使下一代地面系統(tǒng)成為一個(gè)頂級的衛(wèi)星技術(shù)趨勢。

地面站使用射頻(RF)通信終端，包括電調(diào)和相控陣天線，以最少的人為干預(yù)來跟蹤衛(wèi)星。同時(shí)，衛(wèi)星星座的興起需要先進(jìn)的星間鏈路來作為不同衛(wèi)星間信息傳遞的橋梁。因此，運(yùn)營地面站的初創(chuàng)公司利用智能RF和光通信技術(shù)在上下行數(shù)據(jù)傳輸中實(shí)現(xiàn)更好的在軌中繼。在商業(yè)方面，地面站通過啟用虛擬化地面網(wǎng)絡(luò)，為軟件定義衛(wèi)星提供支持。這些技術(shù)使衛(wèi)星能夠根據(jù)需要自主重新分配、重新配置和處理大量帶寬，以支持越來越多的最終用戶。

05

人工智能

衛(wèi)星收集的大量數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)處理、分析和及時(shí)的資源管理帶來了挑戰(zhàn)。人工智能被用于處理這些挑戰(zhàn)中最復(fù)雜的部分。

利用機(jī)器學(xué)習(xí)(ML)算法可以分析從地球觀測(EO)、全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)、基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)測和遙感獲得的衛(wèi)星數(shù)據(jù)?；谌斯ぶ悄艿脑贫藬?shù)據(jù)分析正在為地面站服務(wù)的解決方案鋪平道路。地面站還使用人工智能技術(shù)進(jìn)行地面SSA來控制衛(wèi)星進(jìn)行航向校正或資源優(yōu)化。太空中，人工智能用于實(shí)時(shí)軌道預(yù)測和衛(wèi)星跟蹤，以增強(qiáng)太空交通管理。此外，在衛(wèi)星子系統(tǒng)中，大數(shù)據(jù)和分析使星載傳感器在數(shù)據(jù)下行傳輸前，能自動進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。具有AI功能的子系統(tǒng)還使衛(wèi)星自主機(jī)動成為可能，例如相對導(dǎo)航，主動頻偏校準(zhǔn)，航天器交匯對接，以及星座操作。

06

先進(jìn)的有效載荷系統(tǒng)

作為衛(wèi)星任務(wù)的核心，有效載荷的進(jìn)步代表著衛(wèi)星技術(shù)發(fā)展的主要趨勢。

模塊化有效載荷的使用可為初創(chuàng)公司帶來利潤。除了考慮成本之外，初創(chuàng)公司和規(guī)模化增長的公司都在使用市場上現(xiàn)成的標(biāo)準(zhǔn)化載荷來提高衛(wèi)星的品質(zhì)和容量。因此，一些復(fù)雜的COTS設(shè)備在衛(wèi)星有效載荷占有一席之地，例如高分辨率成像和光譜傳感器(如合成孔徑雷達(dá)(SAR))，小型收發(fā)器(如可折疊天線)。依靠技術(shù)進(jìn)步，初創(chuàng)公司可制造自主的衛(wèi)星有效載荷和重要的子系統(tǒng)，執(zhí)行諸如將頻率和功率分配到需求大的波束等任務(wù)。有效載荷還可以使用已安裝的軟件進(jìn)行重新配置，以執(zhí)行衛(wèi)星初始設(shè)計(jì)用途外的自定義功能。通過這種方式，在軌的舊衛(wèi)星被重新用于新的任務(wù)，而不是退役成為空間碎片。

07

航天器推進(jìn)

使衛(wèi)星能夠深入太空并執(zhí)行復(fù)雜任務(wù)的大容量動力和推進(jìn)系統(tǒng)正在成為該行業(yè)的主要產(chǎn)品。

智能創(chuàng)新，如高功率太陽能電池陣列，傳統(tǒng)燃料的小型化，如電池改進(jìn)，易于被新衛(wèi)星采用。為優(yōu)化性能對低重量推進(jìn)器進(jìn)行了重組，并且對化學(xué)燃料推進(jìn)器也做了類似改進(jìn)。同時(shí)，星上可持續(xù)推進(jìn)系統(tǒng)也成為發(fā)展方向。在綠色推進(jìn)技術(shù)中，初創(chuàng)公司和規(guī)?；鲩L公司都在使用電推進(jìn)系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)系統(tǒng)。此外，其他新型綠色推進(jìn)技術(shù)也在進(jìn)步，包括核能、太陽能、水、激光、甚至碘離子推進(jìn)技術(shù)。例如，電磁系留是一種綠色推進(jìn)技術(shù)，可在不需要燃料的情況下推動小衛(wèi)星移動。

08

甚高通量衛(wèi)星(VHTS)

隨著衛(wèi)星移動業(yè)務(wù)和寬帶通信需求的激增，GEO衛(wèi)星通信服務(wù)提供商正在不斷地提高自身實(shí)力和衛(wèi)星吞吐量。這意味著GEO衛(wèi)星采用先進(jìn)的轉(zhuǎn)發(fā)器和軟件定義無線電以實(shí)現(xiàn)每秒數(shù)百GB甚至每秒TB級的傳輸速率。

軟件定義無線電使衛(wèi)星能夠通過跳波束、改變波束覆蓋范圍以及專門針對高容量區(qū)域的設(shè)計(jì)來滿足動態(tài)變化的通信需求。還可通過增加不同頻段的頻率和使用多點(diǎn)波束等技術(shù)來滿足更高的需求。衛(wèi)星供應(yīng)商選擇Ku和Ka頻段進(jìn)行通信，因?yàn)檫@些頻段能夠提供更大的容量和頻率復(fù)用效率。借助VHTS，可在地面覆蓋不足的地區(qū)為陸地、空中和海上用戶提供寬帶連接。LEO或非GEO星座還可發(fā)揮低時(shí)延的優(yōu)勢，以更大的靈活性為消費(fèi)市場提供服務(wù)。

09

靈活的發(fā)射服務(wù)

在特定軌道中飛行的衛(wèi)星大小和數(shù)量決定了對運(yùn)載火箭的需求。因此，隨著越來越多的小衛(wèi)星及其他各類衛(wèi)星進(jìn)入軌道，靈活、按需的發(fā)射受到衛(wèi)星運(yùn)營商的歡迎。

初創(chuàng)公司和規(guī)?；鲩L公司正在推出一些靈活的衛(wèi)星發(fā)射技術(shù)，例如使用航天器、氣球、自動運(yùn)載火箭或無人機(jī)在空中發(fā)射。小型衛(wèi)星的集裝箱化便于LEO星座的發(fā)射，這是地面發(fā)射服務(wù)的另一項(xiàng)創(chuàng)新。然而，地面發(fā)射最大的創(chuàng)新是將可回收火箭用于任何軌道衛(wèi)星的發(fā)射，這大幅降低了商業(yè)衛(wèi)星的發(fā)射成本。初創(chuàng)公司還在開發(fā)適合所有類型衛(wèi)星的大型、小型和微型運(yùn)載火箭。

010

增材制造

增材制造技術(shù)的應(yīng)用降低了適用于惡劣太空環(huán)境的衛(wèi)星及其子系統(tǒng)的高昂制造成本。

衛(wèi)星平臺、定制化有效載荷，甚至火箭發(fā)動機(jī)現(xiàn)在都在使用3D打印。初創(chuàng)公司在大規(guī)模的使用3D打印技術(shù)來批量生產(chǎn)LEO星座衛(wèi)星。創(chuàng)建定制的和復(fù)雜的衛(wèi)星部件的數(shù)字孿生，并使用3D打印，這加快了衛(wèi)星及其部件的原型設(shè)計(jì)和測試，從而減少了制造交付周期和成本。同樣，在地面運(yùn)用3D打印大型空間結(jié)構(gòu)的小部件，并在太空組裝它們也將顯著降低空間工作的復(fù)雜性。這也可以節(jié)省將大型空間結(jié)構(gòu)送入太空所需的火箭空間和燃料。太空增材制造通過用3D打印部件替換故障部件，進(jìn)一步幫助在軌衛(wèi)星執(zhí)行升級任務(wù)。

衛(wèi)星行業(yè)的創(chuàng)新正在飛速發(fā)展。除了智能化子系統(tǒng)外，下一代空間衛(wèi)星還利用了其它更先進(jìn)的技術(shù)。衛(wèi)星航空電子設(shè)備也正在向小型化和耐輻射系統(tǒng)邁進(jìn)。智能化航空電子系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對星載設(shè)備運(yùn)行狀況和使用情況的監(jiān)控，以及精確的制導(dǎo)、導(dǎo)航和控制(GNC)功能。由于更多衛(wèi)星新技術(shù)的出現(xiàn)，太空旅游業(yè)也開始出現(xiàn)。這些新技術(shù)和服務(wù)的興起最終使人類能夠?qū)Ω钸h(yuǎn)的太空進(jìn)行探索，同時(shí)改善人類在地球上的生活質(zhì)量。

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