石豪：“不得了”的一箭104星

【文/ 观察者网专栏作者 石豪】

最近，航天领域最火的新闻莫过于印度的一箭104星了——2017年2月15日，印度CartoSat 2D遥感卫星由印度“极轨卫星运载火箭”PSLV-XL发射升空。值得注意的是，同时入轨的除了印度研发的两颗10kg级纳卫星INS 1A和INS 1B外，还有101颗“立方星”，创造了单次发射卫星数量的世界纪录。

相信听到这个消息的时候，小伙伴们的表情一定是这个样子的：

那么笔者就来带各位小伙伴看一看，104颗星都是做什么的。

先从大头说起——这次发射之所以引人注目，全靠搭车入轨的101颗立方星。

在101颗立方星中，来自行星实验室公司（Planet Labs）的遥感卫星“鸽群”就占了足足88颗。行星实验室公司是一家提供中低分辨率卫星遥感数据的商业公司，在近年经过多次商业运作，成功兼并同领域的先行者BlackBridge和Terra Bella公司，进身商业遥感领域的新贵。他们公司发射的卫星，代号“鸽子”，是一种带可展开太阳能电池帆板的立方星：

从国际空间站释放的“鸽子”

根据Planet Labs发布的数据，这种“鸽子”立方星的分辨率能达到5m左右，不过考虑到卫星实际尺寸的限制，一只“鸽子”扫过地面的幅宽着实有限，因此需要多只“鸽子”组团，再对获得的图像数据进行拼接处理。另外，由于“鸽子”没有推进装置提供速度增量，无法像一般百公斤级的遥感卫星一样进行轨道维持和组网，因此比起均匀分布的星座（Constellation）而言，“鸽群”更应该称之为星团（Cluster）。

一般遥感卫星星座是这个样子的

“鸽群”星云是这个样子的

尽管“鸽子”的性能在如今动辄0.5m级别分辨率的遥感卫星领域并不出彩，但它有两点好——成本低，发射灵活。另外，虽然Planet Labs宣称“鸽子”的预期寿命在3年左右，但考虑到同样采取商业级元器件的立方星一般只有半年寿命，“鸽群”的频繁更新就显得尤为重要。Planet Labs公司的理念，就是一次向同一轨道发射大量“鸽子”卫星形成星团，而且要早打，多打。该公司CEO Will Marshall指出，他们更倾向于成本低10倍、成功率仅80%的发射载具，而非当前价格、成功率90%的火箭。

从上面“鸽群”轨道图上我们可以看到，目前运行的“鸽群”主要有两种轨道：倾角较低（在图中曲线更平缓）的是从国际空间站上直接释放的；倾角较高（在图中曲线更陡峭）则是通过太阳同步轨道搭载发射的方式入轨，所采用的发射载具也是俄罗斯第聂伯火箭——即SS-18洲际弹道导弹，还有PSLV这类可靠性不佳但发射报价低的火箭。未来，Planet Labs还计划与商业发射公司Rocket Lab合作，采用该公司全新研发的电子号复合材料火箭发射“鸽群”。

“鸽群”发射曾经历过两次失败，共损失了34只“鸽子”，而通过很低的制造和发射成本与灵活的发射安排，损失在很大程度上被冲抵，这得益于“鸽子”的设计平台——立方星。

立方星是一种微纳卫星设计标准，以10cmX10cmX10cm为体积单位，称作1U，大量采用成熟的商业级元器件，具备最基本的结构、姿态稳定、数据传输等功能，并可以根据用户需要进行深度定制。“鸽子”的体积在10cmX10cmX34cm，属于3U立方星的一种。

不同的立方星结构示意图，依次为12U、6U、3U、2U和1U

立方星的发射很简单，只需将立方星压入带有弹簧推板的释放器P-POD，并将P-POD安置在火箭上面级，就能在主卫星分离后依次将立方星弹射到与主星相同的轨道中。由于立方星普遍无法安装带有压力容器的推进装置，它的发射被认为是相当安全的。这次的101颗立方星任务选用了25个Quadpack四星释放器，每个释放器能独立释放4个3U立方星。

Quadpack释放器，可以看到内部的弹簧推板

此次印度火箭搭载的25个Quadpack排成一列

除了88只“鸽子”占用了整整22个Quadpack以外，还有8颗美国创业公司Spire研发的3U气象卫星，利用GPS掩星技术对大气数据进行分析，并进行气象预报；一颗多国合作的智能结构3U验证星；一颗以色列本·古里安大学的3U试验卫星；一颗哈萨克斯坦法拉比国立大学的2U验证星和一颗阿联酋的1U立方星。

另外值得一提的是，我国的航天创新企业湖南天仪研究院与以色列合作研发的3U的微重力试验卫星“陈家镛一号”也在搭载之列，这样101颗立方星总共300U，正好装满25个Quadpack释放器。

说完了异彩纷呈的立方星，本次发射的主载荷就显得乏善可陈了，Cartosat-2D是印度Cartosat系列高分辨率遥感卫星系列的第六颗，全色分辨率0.6m，与他国类似产品0.5m的“标配”分辨率相比没有优势。若干年前，Cartosat-2系列0.8米的分辨率曾受国内媒体和写手大力吹捧，短短数年时间里，中国的0.5米甚至更高分辨率详查星早已在需求拉动下开花结果，而印度方面除了将Cartosat-2后继星的运行高度降低130km以获得0.6米分辨率以外，并没有更多的进步。

至于剩下的INS 1A和INS 1B两颗卫星，都是印度研发的10kg级验证卫星，为印度纳卫星平台进行技术探索，本身没有更多亮点。

Cartosat-2系列卫星

INS-1A卫星（左），INS-1B卫星（右）

回到一箭104星这个话题上，小伙伴们也许会好奇，印度一次发射这么多卫星，是有意要创纪录吗？其实印度人民自己也没有想要破这个纪录，因为实在没有技术含量：从101颗立方星到25个Quadpack释放器，全部都是几乎没有风险的成熟产品，不会对发射和主卫星入轨产生任何不良影响，印度只要提供火箭运力即可。

真要说起来，这个纪录的诞生，还颇有点尴尬和阴错阳差。PSLV是印度30年来最成功最可靠的运载火箭，太阳同步轨道运载能力在1800kg左右，接近于我国的长征2号丙。不巧的是，印度设计的主载荷有时会低于甚至远低于这个数值，但除此之外，印度并没有更低运力的火箭执行类似任务，这就造成了运力浪费。2009年，印度曾经用PSLV-CA（不加助推器的PSLV）发射了两颗总重仅340kg的卫星，浪费运力800kg以上。

因此，寻求国际合作和搭载发射也就成了必然。印度进入国际发射市场的障碍比中国小得多，自然不愁找不到下家，不过想一次性找到足够多的搭载发射载荷也基本不可能，因为“等载荷”造成主卫星发射推迟也是常有的事，这次发射也是从1月底推迟到2月初，立方星载荷不断变化，在阿联酋1U立方星最终补缺加入后，才于2月15日发射。

不难看出，载荷来源越多，不确定性就越大，在运载能力和发射计划之间取得平衡是最关键的，这也是中国为什么要发展长征6号、长征8号和快舟系列的原因——完善运载工具梯队，突破运力上限和下限，实现运力无死角覆盖才是未来商业航天发展的基础。

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