越来越扁的卫星
卫星构型的不断迭代也将加速巨型星座部署，太空信息高速公路有望早日四通八达。
文/徐鸣
编辑/乐艳娜
最近，国内外越来越多的平板式卫星闪亮登场，“为什么有的卫星像飞毯一样扁”成为航天爱好者的热议话题。毕竟，现在很多卫星的外型和以往人们熟知的不太一样，比如，中国首颗人造卫星“东方红一号”是一个圆球形，大家在电视里最常见到的卫星则有点像“插着翅膀的快递盒”。那么，卫星长什么样主要是由什么决定的呢？
首先，影响卫星构型设计的重要因素是满足特定空间应用，也就是要根据“干啥”而开展设计。
早期卫星的主要功能比较简单，在满足构型布局和整星任务要求的前提下，用球形可以提高卫星结构刚度和承载效率，进而减轻结构重量。所以，从1957第一颗人造卫星发射到上世纪80年代，卫星构型大部分采用球形或准球形壳体。
其次，卫星的能源和姿控系统是影响卫星构型的另一重要因素。
起初，人造卫星一般采用蓄电池供电，工作寿命较短。为了让卫星具有长时间的供电能力，人们开始为卫星加装太阳能电池。早期受困于卫星姿控技术水平较低，往往采用自旋稳定方式保持卫星在轨姿态，同时为了尽可能多地接收到太阳能，还想尽办法“贴”上更多太阳能电池片。于是，圆柱体或棱柱体卫星逐渐成为主流构型，比如中国1984年成功发射的“东方红二号”通信卫星，就是典型的圆柱形卫星，其表面贴有近2万片太阳能电池片。
后来随着卫星功能需求的不断增加和技术水平的不断提升，卫星逐步由科学探索转向工程应用，卫星上需要“干活的”设备逐步增多，消耗的能量也成倍增加，球形构型因为其星内空间利用率不高、供电不足等原因逐步被箱体式卫星替代。进入21世纪，箱体式卫星构型逐步占据主导地位。
这种构型通常由几块平板拼接成箱体的形状，供电则交给独立的太阳能帆板。箱体内部一般按照平台舱和载荷舱进行分舱设计。随着姿轨控技术渐趋成熟加上任务需求的增加，越来越多的星体被设计成箱体结构，并可以实现三轴稳定。比如，1988年我国成功发射的首颗太阳同步轨道的三轴稳定姿态卫星“风云一号”，就采用了箱体式构型。
此外，随着卫星电子电路小型化技术的不断进步，2010年左右，卫星结构逐渐向多功能一体化方向发展。通过将小型化的电源、热控等设备安置在夹层板或结构板内部，可以实现多功能集结，有助于大幅提升整星结构的功能密度和能量密度。
2019年，美国太空探索技术公司（SpaceX）公布了平板构型的“星链”卫星在火箭整流罩内的照片。平板构型就是像一块“板子”，通常一颗卫星配置一个太阳翼，发射前太阳翼折叠收起，与卫星平台堆叠重合，整体来看是很扁平的，这样设计的好处就是可以大幅节约火箭内的空间。
一般来说，平板卫星可以一层一层堆叠起来，从而能提高空间利用率和发射效率，降低发射成本。另一个好处是，平板构型类似于汽车底盘，易于实现批量生产，压缩制造时间，提高生产效率，降低成本，堪称工程大系统的最优解。
当然，卫星构型也不是一定会越来越扁，其设计不仅要满足有效载荷的正常运行和任务的需求，还要考虑力学条件、适应火箭整流罩包络等诸多因素。
未来，随着卫星应用的多样化以及全球商业航天竞争加剧，高轨卫星和低轨卫星的构型将会朝着不同的方向发展，前者将呈现出模块化、灵活组合等多元同步的趋势，后者则会更多考虑批量生产及提高多星发射运力利用率。卫星构型的不断迭代也将加速巨型星座部署，太空信息高速公路有望早日四通八达。
来源：2023年6月28日出版的《环球》杂志 第13期
《环球》杂志授权使用，如需转载，请与本刊联系。
更多内容敬请关注《环球》杂志官方微博、微信：“环球杂志”。
