闻新张伟

　　随着科学技术的飞速发展，基于小卫星技术的编队飞行系统目前受到重视。所谓小卫星编队飞行，是指一群小卫星以某一点为基准，并构成一个特定形状，这个特定形状的各颗小卫星一方面保持这个形状，同时也绕地球中心旋转，它们都以相同的轨道周期绕地球飞行。编队飞行的各颗小卫星相互协同工作，实现单颗大卫星的功能。小卫星之间相互联系，共同承担信号处理、通信和有效载荷任务等。其系统的任务功能是由整个编队飞行的星群来完成的，所以，整个星群构成一个大的“虚拟卫星”。

　　巨大的应用价值

　　早在20世纪90年代，美国宇航局就已经把编队飞行及其相关技术视为下一代可用的关键技术。作为美国新盛世计划的一部分，美国于1998年启动了大学纳卫星计划，总共10所大学提出了5项纳卫星编队飞行计划，分别用于立体成像、电离层测量与探测等任务，同时验证航天器在轨飞行自主导航与控制、编队飞行、在轨实验、指令与数据处理、有效载荷等新技术。

　　中国在“九五”期间先后成功发射了北斗一号和北斗二号导航卫星，为发展中国自己的卫星编队组网奠定了技术基础。

　　编队飞行突破了传统大卫星的尺寸限制，扩展了传统大卫星的应用领域和性能，具有巨大的应用价值，包括对地观测、立体成像、精确定位、大气探测、天文观测和地球物理观测等。编队飞行的军事应用也是最早受到关注的领域之一，一方面，组成编队飞行的卫星可以实现对地观测，获取地面目标信息；另一方面，多颗卫星的协同工作，可以实现更多的功能，例如精确定位和立体成像，都可以为军事需求提供服务。

　　由若干颗微小卫星编队飞行，组成一个具有立体侦察或对地观测能力的虚拟大卫星，可以较低的成本、较高的可靠性和生存能力替代单颗相同功能的大卫星，最大限度地发挥微小卫星的特点和优势。

　　随意组合的“魔方”

　　编队飞行小卫星系统结构具有很强的适应能力，主要表现在以下方面：星群编队飞行的几何形状和卫星的数目可以根据任务需求来设计和配置，从而具有“可增长性”和“可重构性”，既可以通过阶段性配置逐步提高和扩充星群性能，也可以通过“剪裁”方式来适应逐步恶化的外界条件，还可以通过有限变轨机动修改基线或星群间卫星的相对位置来适应变化了的飞行任务。另外，编队飞行小卫星系统还可以用于作为提供实时不间断信息服务的主要手段，同时也可以作为对付反卫星武器的有效手段，小卫星群就相当于一个随意组合的魔方，满足了对任务“随机应变”的要求。

　　编队飞行小卫星系统具有可靠性高、承担风险小的优势。美国空军首席科学家丹尼尔·黑斯廷斯曾对小卫星编队飞行技术给予充分的肯定。他说：“虽然转向更小、更分散的卫星不是解决所有问题的万能药方，但是在推动较小系统方面确实存在着革命性变化的潜力。”

　　寻求新的突破

　　编队飞行小卫星系统的发展面临的问题也是很多的。由若干颗小卫星分布在一定形状的三维或二维编队飞行轨道，一般来说，根据需要可以设计任意形状，像飞机那样主动编队飞行，但是对空间飞行器来说，是很难的，需要耗费大量的燃料，特别是对长寿命应用卫星更是无法承受的。因此，研究如何节省燃料和能源而进行小卫星的三维编队飞行轨道是非常重要的问题。

　　由三维编队飞行的若干颗小卫星构成一个虚拟大卫星，是一个创新的设想，也是与常规完全不同的分布式系统的卫星，目前国际国内还处于概念研究和可行性分析阶段。

　　卫星编队技术要求卫星在飞行中按照一定规律运动，相互保持一定相位关系，为此，在卫星发射、测控和卫星轨道保持能力都要有新技术突破。目前的卫星发射、测控以及卫星轨道保持能力都远不能适应卫星组网技术要求，有待其相关技术的发展。

　　总的来看，目前国际上小卫星作为一个大类与大型卫星平行发展还是刚刚起步，而编队飞行小卫星系统更是如此，它突破了传统的“一星多用，综合利用”的设计思想。所以，编队飞行小卫星系统无论是军用还是民用，其应用前景都十分广泛。