納米衛(wèi)星，一種可以握在手中的微型衛(wèi)星，正在以前所未有的速度向太空發(fā)射。隨著技術發(fā)展速度的加快，將納米衛(wèi)星送入軌道的成本越來越低，這些衛(wèi)星可以提供超越太空探索之外的社會價值。未來，納米衛(wèi)星將改變空間信息相關的各種行業(yè)，從更精確的天氣和氣候預測到更好地監(jiān)測(和安全)空中和海上交通，更智能地預測作物產量和商品。每年都有數百顆微型、低成本的衛(wèi)星進入太空軌道。本文將介紹微型衛(wèi)星將如何改變我們與周圍世界的關系。

什么是納米衛(wèi)星

國際空間站目前是地球軌道上最大的衛(wèi)星，尺寸約為 356 英尺× 240 英尺。

納米衛(wèi)星是質量在 1 公斤到 10 公斤之間的小型衛(wèi)星。 一些納米衛(wèi)星只有十立方厘米。 而納米衛(wèi)星和許多和大型衛(wèi)星一樣，有天線，傳感器和控制系統(tǒng)，對太空探索和監(jiān)測非常有用。

采用 10×10×10 單位立方結構的納米衛(wèi)星被稱為立方體衛(wèi)星(CubeSats)。 單體(1U)立方體衛(wèi)星質量不超過 1.33 公斤，但可以與其他立方體衛(wèi)星堆疊成 2U，3U 或 6U 的長方形型號。

僅僅在幾年前，無論大小，建造可用衛(wèi)星的成本至少需要 200 萬美元?，F(xiàn)在，學生和科學家們可以使用 DIY 套件和現(xiàn)成組件來制作納米衛(wèi)星，從而使制造成本下降到數萬美元。

發(fā)射納米衛(wèi)星也比普通衛(wèi)星發(fā)射便宜得多，普通衛(wèi)星發(fā)射可能花費數百萬美元。而這些小小的“衛(wèi)星”可以通過在火箭上進行“搭車”來共同發(fā)射，成本因衛(wèi)星質量，太空距離以及太空任務的或“有效載荷”而不同。

例如，創(chuàng)業(yè)公司 Open Cosmos 提供一系列的納米衛(wèi)星服務，提供從衛(wèi)星設計、發(fā)射、任務模擬，測試和保險等的一站式服務，價格 630000 美元起，整個過程時間不超過 10 個月。

另一家公司 Spaceflight 提供搭乘火箭的商業(yè)定價，可以在數周內預定火箭發(fā)射，將 3U 立方體衛(wèi)星發(fā)送到近地軌道(LEO)，最低價格 295000 美元。

隨著越來越多的納米衛(wèi)星被大學、科技公司、政府機構和私人發(fā)送到太空，他們將以極低的成本提供全面的地球“覆蓋” ，從而導致許多領域的游戲規(guī)則被改變。

教育，科研

正如計算機成本的下降已經迅速改變了我們了解世界的方式，環(huán)繞地球的小型衛(wèi)星數量的增長(并將數據發(fā)回地球)將改變我們了解宇宙的方式。

配有相機的納米衛(wèi)星已經發(fā)送了前所未見的圖像：例如，俄羅斯宇航員最近向我們展示了世界上第一個宇宙中的全景 360 度視頻。

但納米衛(wèi)星對教育的價值遠遠不只是用太空直播替代教科書(或紀錄片)。 研究人員也將受益于將實驗室項目送入軌道。

開展空間研究對于許多科學目標來說是重要的，這也是國際空間站多年來一直擔任低重力研究實驗室的部分原因。

因為流體在微重力中幾乎可以完全結合，例如，納米衛(wèi)星實驗可以幫助科學家們理解在地球上混合不好的流體。

另外，引力可能會降低某些材料的導電性，因此希望創(chuàng)造“超導”合成材料的科學家也可以使用低重力環(huán)境來理解分子水平上材料的相互作用。

生物學家已經在使用納米衛(wèi)星來了解重力如何影響生物過程：例如，通過美國國家航空航天局的立方體衛(wèi)星發(fā)射計劃(CSLI)發(fā)送到太空的 SporeSat 項目研究了重力對蕨類繁殖孢子的影響。

天氣預報

空間天氣，與太陽或宇宙輻射以及大氣中的磁場之間的相互作用有關，用傳統(tǒng)的衛(wèi)星進行測量是繁重和昂貴的。

2016 年歐洲地球科學聯(lián)盟大會報告稱納米衛(wèi)星是“空間天氣研究的一個范例改變”。

目前，美國國家海洋和大氣管理局(NOAA)等機構的空間天氣信息還不夠完善，這限制了他們預測地球上天氣的能力。

然而，通過數千個裝有傳感器的納米衛(wèi)星在軌運行，詳細的空間天氣數據可以用來幫助我們更好地預測熱帶或非熱帶風暴中的颶風，洪水和強降水。

為了幫助我們更好的預測天氣，美國海洋和大氣局與創(chuàng)業(yè)公司 Spire 在 2016 簽訂了一份合同。Spire 運行著十多個“多傳感器納米衛(wèi)星”收集全球 GPS-RO 天氣數據，測量某些大氣特性，這些特性對了解暴風雨天氣模式至關重要。

空氣、海洋監(jiān)測

NOAA 將 GPS-RO 合同給了 Spire，作為該機構在 10 年內實現(xiàn)“平均航跡和強度誤差”降低 50% 的目標的一部分。 預測風暴的軌跡和強度對減輕未來自然災害的影響至關重要。

天氣預報對海洋和航空安全具有特別重大的影響。隨著納米衛(wèi)星的提供更好的信息，航空和海洋行業(yè)的利益相關者和保險公司將能夠圍繞颶風和風暴進行更好的風險分析，最終減少負債(和保險費)。

通過減少與天氣造成的損失，安全性的提高也將降低運輸成本。 納米衛(wèi)星還可以幫助減少空中和海上的碰撞事故，因為它們可以直接從大氣提供空氣或海洋交通的意見。

尤其是海運業(yè)，通過自動化，納米技術將能夠監(jiān)測地球的海洋，以減少海盜風險。

目前，Spire 和其他創(chuàng)業(yè)公司正在利用衛(wèi)星向海事利益相關方提供監(jiān)測數據。

農業(yè)和商品貿易

納米衛(wèi)星也將在陸地的商業(yè)活動中提供價值。憑借更好的天氣和氣候情報，環(huán)境條件將變得更加可衡量，可預測和數據驅動。

農業(yè)將是第一個轉型的領域之一。

納米衛(wèi)星數據將帶來重大升級：關于天氣模式和自然災害的更好的預測數據，將轉化為對作物的更準確的預測，最終決定種什么，在什么地方種，如何種，以及什么時候種。

Satellogic 這類創(chuàng)業(yè)公司已經在為農業(yè)部門提供基于衛(wèi)星的見解。 Satellogic 的機器就是所謂的“光譜衛(wèi)星”，從光中拾取信號，從分子水平上了解環(huán)境生物的健康狀況。

隨著對空間天氣及其對農業(yè)影響的更好的了解，市場觀察家還將更好地了解作物和其他商品的全球預期產量，可能為貿易商和分析師提供新的見解。

環(huán)境監(jiān)控和保護

根據“紐約時報”的報道，研究人員長期以來一直警告美國的氣候監(jiān)測能力，包括衛(wèi)星以及基于空氣和地基的測量儀器都不足。

在全球衛(wèi)星溫度記錄中，只有少數衛(wèi)星在任何給定的時間點測量溫度。

在大型衛(wèi)星中的一些還具有“相當大的軌道漂移”，這限制了它們每天同時飛越地球上同一地點的能力，這是準確估計隨時間變化的溫度的先決條件。

通過數千顆小型衛(wèi)星追蹤大氣中更小范圍內的變化，科學家們將了解關于氣候波動的新數據。 這些信息對于所有與環(huán)境保護有關的努力都至關重要，從預測未來的溫度變化到確定高風險的棲息地和生物體。

通信

自第一顆人造衛(wèi)星 Sputnik 于1957年搭載無線電發(fā)射機誕生以來，各種規(guī)模的衛(wèi)星一直在我們的全球通信基礎設施中發(fā)揮作用。我們對衛(wèi)星通信的依賴(又名“衛(wèi)星通信”)自指數增長至今：到 1990 年，每 3 個洲際電話中就有 2 個由通信衛(wèi)星傳送。

通信衛(wèi)星用于中繼和放大傳輸信息的無線電信號。 它們實質上是在地球上不同位置的源發(fā)射機和接收機之間建立通信信道。

即使互聯(lián)網在偏遠地區(qū)得到改善，衛(wèi)星仍然是信息共享的關鍵：大多數新聞機構仍然使用衛(wèi)星向其分支機構分發(fā)文本，音頻和視頻。

沒有衛(wèi)星，很多欠發(fā)達國家的公民將無法獲得新聞和其他信息。 即使在今天，我們這個星球上的大片地區(qū)仍然缺乏電信基礎設施。

技術領域的利益相關者已經在使用納米衛(wèi)星來填補互聯(lián)網覆蓋范圍。 例如，澳大利亞的 Sky and Space 公司(SAS)計劃在 2020 年前為赤道周圍的數百萬居民(從達爾文到香港)提供衛(wèi)星覆蓋。SAS 的第一步將于 2018 年開始與維珍銀河公司合作，發(fā)射多達 200 個納米衛(wèi)星。

防衛(wèi)

隨著我們對太空(和空間數據)的獲取持續(xù)加速，既會有風險、也會有機遇。

私人公司正在準備將衛(wèi)星用于防衛(wèi)。 納米衛(wèi)星可以用來窺探其他國家的衛(wèi)星，或者收集有關敵方飛船的情報。

此外，納米衛(wèi)星將成為黑客或敵對政府的主要目標。 這些攻擊者可能試圖通過納米衛(wèi)星來禁用電信頻道，或者通過納米衛(wèi)星破壞其他更大衛(wèi)星的服務，以及許多其他潛在的惡意應用。

考慮到潛在的威脅，洛克希德·馬丁公司在 2017 年夏天投資了納米衛(wèi)星創(chuàng)業(yè)公司 Terran Orbital; Terran 及其子公司 Tyvak Nano-Satellite Systems 使用衛(wèi)星安全監(jiān)控數據進行軍事/國防情報應用。