微小卫星
微小卫星是指质量在500kg以下的卫星。微小卫星的定义并不统一，国际上大多根据卫星的重量对小型卫星进行分类，不同国家或研究机构划分标准也不尽相同。按照国际电信联盟提出的划分标准：500～100kg的称为小卫星，100～10kg的称为微卫星，10～1kg的称为纳卫星，1～0.1kg的称为皮卫星，小于0.1kg的称为飞卫星。
微小卫星研制和应用历程可以分为三个阶段：20世纪70年代-90年代是研究探索阶段。各个国家科研机构和高校开始尝试微小卫星技术研究，主要用于开展对系统设计要求简单、运行寿命短的科学试验和演示验证等任务。该阶段主要对新技术、新方法进行研究和探索，如卫星一体化设计，扩大了微小卫星的应用范围。20世纪90年代-21世纪初是成熟固化阶段。微小卫星取得了飞速发展，逐渐得到各国的重视，并成为大型卫星的重要补充手段，已应用于遥感侦查、卫星通信等多个领域。21世纪初起是应用推广阶段。在资本和市场的推动下，微小卫星技术进入大变革阶段，随着互联网思维、大数据等许多新技术、新方法、新理念和先进的管理方法的引人，加速了微小卫星应用和运营的发展。
微小卫星具有质量轻、研制周期短、研制成本少和集成度高等特点。微小卫星通过对地观测和光学遥感设备载荷实现在地理、水文、气象、测绘学、资产管理等方面的广泛应用。特别适用于局部战争和信息化战争，具有巨大军事效益。
历史沿革
研究探索阶段
卫星发展最初就是从简单小卫星起步的。即使在20世纪70年代和80年代大型航天器占主导地位的时代，亦可发现小卫星的身影。从20世纪80年代中期开始，世界航天界兴起了发展小卫星的热潮。
在2000年前，除了20世纪80年代苏联发射一批纳型卫星作为被动雷达校准星以外，世界上对上述卫星发射量很少，它们主要用于空间简单技术飞行试验和教学培训。各个国家科研机构和高校开始尝试微小卫星技术研究，主要用于开展对系统设计要求简单、运行寿命短的科学试验和演示验证等任务。此阶段主要对新技术、新方法进行研究和探索，如卫星一体化设计，扩大了微小卫星的应用范围。
成熟固化阶段
20世纪90年代-21世纪初是成熟固化阶段。微小卫星取得了飞速发展，逐渐得到各国的重视，并成为大型卫星的重要补充手段，已应用于遥感侦查、卫星通信等多个领域。
美国
1990年5月，美国就用“侦察兵”火箭，一次发射了两颗“多路通信卫星”（MACSAT）。随后，包括美国萨里大学星（UOSAT）、记录与观测多功能自主试验卫星（MAESTRO）在内的微小卫星相继推出。MSTI系列试验卫星是为天基战区导弹监测系统进行的航天试验，目的是为了提高监测系统对战区战术导弹的跟踪能力和导弹命中点的预报精度，现已发射3颗，采用三轴稳定控制方式。MSTI-1于1992年11月21日发射，星上载有小型相机和遥感器，试验目的是探测中近程导弹飞行状态，已获得10万幅图像。Ms11-2于1994年5月9日采用侦察兵火箭发射。
1995年，美国提出了纳米卫星的概念，是采用MEMS（微机电加工技术）的多重集成技术，是一种几乎全部由批量生产的专用集成微型仪器构成，重量不足100g，是尺寸降到最低限度的微型卫星。而被誉为“芯片级卫星”。
亚洲
日本早在1990年就成立了小卫星研究会。在一开始日本就把开发小卫星的重点放在了微小卫星上。日本宇宙开发事业团(NASDA)在1998年提出开发名为Hypersat的50kg级或更小的系列卫星计划，并确定了4个主要研究领域，用一组50kg级的卫星进行通信、观测和测量；从低轨道进行地球观测和通信；用一组小于50k譬级的卫星进行在轨服务；用200kg级的卫星进行深空探测。其中，NASDA考虑制造一种边长为40cm的立方体卫星，卫星重50kg，其电子设备高度集成于一个组件中。
中国航天科技集团第五研究院的“实践五号”实验卫星于1999年发射成功并进行预期的实验研究。
以色列Asher空间研究所和以色列海法理工学院共同研制的TeehsAT-1小卫星，1995年3月23日从俄罗斯普列谢茨克发射场搭载发射，由于运载火箭故障未能人轨。
韩国继KITSAT-1和KITSAT-2后，于1999年发射了高精度的三轴稳定小卫星KITSAT-3。英国SSTL在1996年为智利空军和泰国建造了两颗微小卫星，并已于2000年由独联体火箭发射。
欧洲
“欧洲航天局”重视对地观测卫星，重点发展更小的多用途小卫星，通信卫星重点发展中继卫星和先进通信系统卫星。
MsTI-3卫星于1996年5月16日发射。英国萨瑞卫星技术公司（SSTL）建造了一颗三轴稳定的350公斤小型卫星，携带有高分辨率多频道对地观测有效载荷和具有先进机载处理技术的通讯有效载荷，于1999年3月份发射成功。德国DLR空间敏感器技术中心研制，于1999年发射成功BIRD遥感小卫星。
应用推广阶段
21世纪初起是应用推广阶段。在资本和市场的推动下，微小卫星技术进入大变革阶段，随着互联网思维、大数据等许多新技术、新方法、新理念和先进的管理方法的引人，加速了微小卫星应用和运营的发展。
美国
美国光谱航天公司为菲利普实验室研制的强力星-2(MightySat-2)，首颗强力星-2于2000年7月19日发射成功。2000年2月6日至10日 ，美国DARPA和 Aerosapce公司成功地发射了世界上第一颗皮型卫星。2001年12月，美国空军司令部和美国航空航天局正式提出了ORS的概念，以实现失效条件下，空间信息系统装备快速增强和补充。2003年，第一颗成功发射的立方体卫星被部署在卫星轨道上演示证明了完全被实现的可能性。
2006年，美国空军研究实验室（AFRL）提出了“评估局部空间的自主纳卫星护卫者”(ANGELS)计划，发射为地球静止轨道卫星护航的纳卫星。美国国防部在2007年6月提出了“百星计划”，每个北大西洋公约组织盟国出资建造5颗小卫星，共有100余颗小卫星在近地球轨道运行，并和美国大型军事卫星组建为空间信息系统体系，实现情报共享。至2008年，美国立方体卫星经60次发射任务后，创建了新的商业现货（COTS），此系统能较好地节省发射资源。2010年11月，美国发射的“空间试验项目卫星”（STPSat）2与“快速卫星”（FASTSAT）通过空间现象和卫星链路等实验验证快速响应能力，积极探索即插即用微小卫星与模块化航天器的应用发展。2011年6月，首颗作战型快响卫星ORS.1发射，其主要特点在于快速发射，从制造到发射不超过24个月，主要用于为美军中央司令部提供伊拉克和阿富汗战场图像。
2012年，美国陆军空间与导弹防御部门提出研制“纳眼”(Nano Eye)飞行试验卫星，在300km轨道高度提供优于0.5m对地观测分辨率。2013年，美国发射了全球首颗由高中生研制的立方体卫星 。如美国的美丽大地(TerraBella)公司(原天空盒子成像(Sky box Imaging)公司，于2016年3月更名)和行星(Planet)公司(原行星实验室(Planet Labs)公司，于2016年6月更名)。
亚洲
2000年，中国发射的航天清华大学一号卫星实现了MEMS技术（微机电加工技术）与空间应用技术较好地结合。清华大学、航天机电集团与英国SURREY大学合作，研制出一颗50公斤的三轴稳定微型卫星，具有光学遥感、信息的存储转发、软件无线电实验等功能，并于2000年6月成功发射。中国“创新一号”卫星的于2002年7月完成研制，10月21日11时16分在中国太原卫星发射中心准备搭载发射；“创新一号”是中国首颗重量在100公斤以下的现代小卫星。2004年4月18日，中国在西昌卫星发射中心用一箭送双星，成功地将“试验卫星一号”和“纳星一号”送人太空。这两颗卫星分别属于小卫星和微小卫星系列。2015年中国利用长征六号火箭成功实现1箭20星发射。
2000年，日本NASDA开发成功重68kg的微小卫星，在卫星的小型化、低成本化方面作出了有益尝试。这颗名为μ-Lab-Sat的小卫星可用于对高技术产品等进行太空轨道试验，包括热真空和振动环境试验。
欧洲
2014年俄罗斯“第聂伯”(Dnepr)火箭成功实现1箭37星发射。2018年12月，芬兰冰眼公司（ICEYE）成功发射一颗SAR微型卫星。该卫星是一颗飞行试验演示卫星。瑞士ELSE公司组建由64颗6U立方体卫星组成的物联网（Astrocast）星座，分布在8个轨道平面，每个轨道平面有8颗卫星，每颗卫星质量为10kg，卫星工作在L频段。也在同一时间成功发射其试验卫星。
其他国家
阿根廷Satellogic公司创建一个由300颗卫星组成的大型对地观测星座，称为Aleph-1星座，卫星已于2017-2018年搭载中国长征-4火箭先后两次成功发射。
标准分类
国际电信联盟提出了对微小卫星重量、功率、成本等主要参数的类型划分标准。
微小卫星可分为简单小卫星和现代小卫星，简单小卫星的体积小、重量轻、功率密度低(功率密度是指1千克重的小卫星所提供的功率）、用途单一，现代小卫星除了体积小和重量轻之外，还具有成本低、制造周期短、功率密度高等特点。一般情况下所说的小卫星通常是指现代小卫星，按照重量的不同，现代小卫星又分为小卫星（重量500-1000千克）、超小卫星（重量100-500千克）、微小卫星（重量10-100千克）、毫微卫星（又称纳米卫星，重量1-10千克)和皮卫星（重量小于1千克）。微小卫星作为卫星家族的新成员，适用于技术试验、科学试验、院校教学等众多领域以及用于组成低轨道卫星通信星座等。
主要特点
微小卫星相比对传统的长寿命、高可靠卫星，具有以下特点：
（1）质量轻，一般低于100kg；
（2）研制周期短，一般地面研制周期为1-2年，部分快速响应卫星研制周期甚至低于1年；
（3）研制成本少，强调商业化和项目效益，卫星研制经费较传统卫星约低一个数量级；
（4）集成度高，因卫星包络限制，星上常需使用模块化、集成化的产品，并压缩、简化星上的硬件配置，部分硬件功能采用软件实现；
（5）设计寿命不长，一般设计寿命为1～3年，部分商用微小卫星甚至为3-6个月，远低于长寿命卫星要求的8年以上设计寿命。但商用微小卫星对寿命期的可靠性仍有很高的要求，寿命末期可靠度一般不低于0.6。
关键技术
微电子技术
微小卫星的迅速发展，其研究使用了大量的信息电子科技，例如国内外许多设备大量采用COST技术，采用高性能的商用元器件，大大加速了微小卫星发展步伐。星上电子设备大量采用高性能的微处理器、低功耗元器件和高集成度的芯片，开发出实现低功耗、高性能星上电子系统。
软件技术
在软件设计中，采用了实时多任务操作系统，加强对各项任务统一调度管理以及软件的通用性设计，实现了星载电子系统能满足不同卫星不同任务需求的通用化设计。美国在CubeSat卫星计划中采用了ARM为内核的低功耗微处理器组成星上控制系统，大大减小功耗和体积，且处理性能很高。国内外的微小卫星电子系统的软件开发大量采用地面成熟的实时多任务操作系统，包括Linux，vxworks，PSOS等操作系统。上天试验证明采用实时多任务操作系统是可行和有效的。
星间、星内通信技术
微小卫星间通过星间链路相互联系，互相监视载荷任务、运行管理、故障检测及处理 , 这使编队飞行拥有良好的机动性和重构性。星间链路能使卫星在对地通信负载减少的情况下交换信息和共享资源，它的建立和稳定性受卫星轨道和姿态，天线配置，移动性和连接范围的影响。星内无线链接连接了一些星载传感器和执行器以减少航天器内的有线连接。这样的网络类似于地面无线传感通信，因为在网络中的节点具有相对固定的位置和较短的连接范围，网络设计需要进一步考虑卫星的布局，最低质量以及功耗和冗余。
精确定位和控制技术
卫星研制的关键技术之一是姿态控制系统设计，其核心是设计高效的控制方案。随着卫星编队飞行技术由理论研究逐步转向实验验证和应用研究，卫星编队飞行的相对姿态控制技术成为了一个需要重视的关键技术，多卫星协同为空间交会、对接、捕获、组装及多方位观测等在轨服务提供更强有力的技术支持，扩展了航天器的功能和技术性能。
应用领域
军事应用
以信息化为主要特征的新型作战模式正在驱动国际军事航天发展转型。微小卫星在降低成本，补充抗毁能力等方面与传统卫星相比具有绝对优势，又具备系统组网灵活、发射灵活快捷等特点，能够按需支撑作战，特别适用于局部战争和信息化战争，具有巨大军事效益。
商业应用
随着微小卫星能力的不断提升，微小卫星数量不断增长，并进入专业化、实用化发展阶段，商业应用领域不断扩展。微小卫星的商业应用主要集中在遥感、通信等领域，且商用微小卫星的创新模式也在不断涌现。微小卫星通过对地观测和光学遥感设备载荷实现在地理、水文、气象、测绘学、资产管理等方面的广泛应用。
科研创新
随着微小卫星在工程技术培训、技术实验和试验领域发挥了重要作用，且民用微小卫星数量在不断上升。民用微小卫星主要由高校、科研院所和企业运营，绝大多数民用微小卫星使用卫星业余业务频率。约60%的微小卫星用于教育、科学技术研究和创新应用的实验等，主要包括大气探测、天文探测、太空垃圾清理、航天器维修等新技术试验。微小卫星凭借其独特的技术优势，可以作为传统大卫星网络和功能的补充。
应用实例
热带气旋观测星座
热带气旋是一种低气压天气系统，给人类生命财产造成巨大危害。人们采用气象卫星和“旋风全球导航卫星系统”（CYGNSS）星座，观测预报热带气旋的发生。CYGNSS星座由8颗微小卫星组成，它们串联分布在同一个轨道平面。但由于覆盖区域有限，该星座存在预报不及时与精度不高等缺点。2018年，麻省理工学院提出了应用小卫星星座观测热带降雨水量变化与风暴强度时间分辨率（TROPICS）研制任务，由6颗3U立方体卫星组成，分布在3个轨道平面，每个轨道平面有2颗卫星。3U立方体卫星质量为6kg，轨道高度为600km，轨道倾角为30°。星座覆盖全球绝大部分区域，重访时间30min，可以通过增加卫星数量减少重访时间，星座具有很强适应性。
物联网星座
瑞士ELSE公司计划组建由64颗6U立方体卫星组成的物联网（Astrocast）星座，分布在8个轨道平面，每个轨道平面有8颗卫星，每颗卫星质量为10kg，卫星工作在L频段。2018年12月成功发射其试验卫星，轨道高度574km/590km，转轴倾角为97.8°。2019年计划发射10颗，星座总成本预计5000万美元。澳大利亚阿德莱德公司（Adelaide）计划创建由100颗纳型卫星组成的空间物联网星座，分布在20个轨道平面，每个轨道平面有5颗卫星。纳型卫星为12U立方体卫星结构，质量为20kg，轨道高度为580km，卫星设计寿命为15年。整个星座卫星和发射费预计1亿多美元。
对地观测星座
阿根廷Satellogic公司在创建一个由300颗卫星组成的大型对地观测星座。每颗卫星质量为37kg，轨道高度500km，覆盖全球。星座分三期建成，第一期由16颗卫星组成，称为Aleph-l星座，重访时间为2h；第二期由100颗卫星组成，重访间为15min；第三期由300颗卫星组成，重访时间为5min。卫星数量与重访时间关系基本上成反比。Aleph-1星座卫星于2017-2018年搭载中国长征4火箭先后两次成功发射。
芬兰冰眼公司（ICEYE）于2018年12月成功发射一颗SAR微型卫星。该卫星是一颗飞行试验演示卫星，位于500km高的太阳同步轨道，卫星质量为80kg，分辨率为3m。冰眼公司在2019年发射3颗SAR卫星，最终计划创建由18颗微型卫星组成的SAR星座，采用超轻型天线，卫星质量有望降到50~ 60kg，分辨率2~3m。
立方体卫星星座
美国斯派尔公司（Spir）研制了由125颗3U立方体卫星组成的卫星星座，名为“孤猴”（Lemur）用于海运和天气监测。卫星质量为4kg，轨道高度为611km/696km，轨道倾角为97.8”。每颗卫星成本约40万~ 50万美元，整个星座成本约7000万~8000万美元。“孤猴”卫星左右两侧设有可展开太阳帆板，顶上有4根可展开天线。星上携带2个有效载荷：GPS无线电掩星探测仪和船舶跟踪监测设备，2015-2018年，“孤猴”卫星已成功发射83颗:预计到 2020 年全部部署完成。
发展需求
（1）开发低价小型运载火箭，以适应当前微小卫星星座发展，因为大部分微小卫星没有推力系统，必须依靠末级火箭设有卫星轨道分配器，并且有轨道机动能力，能把卫星送到需要轨道位置。
（2）研制微型推力系统，微小卫星发展到现在近20年历史，不能还处在初期状态，星上应配有推力系统。技术指标：推力系统质量4～5kg，△V为50～60m/s。
（3）研制超轻型可展开太阳帆板，提高光电转换效率和电源分系统功能密度集，需要设计太阳帆板具有俯仰角度变化功能，从而产生气动阻力差，用于保持星座位置。
（4）开放商业航天市场，吸收民间投资，让微小卫星触手可及，据不完全统计，仅2017年全球民间航天投资有40多亿美元，中国占不到1/10。