ดาวเทียมขนาดเล็ก: มหาสมุทรสีฟ้าใหม่สำหรับการพัฒนาอุตสาหกรรมอวกาศเชิงพาณิชย์

ดาวเทียมเป็นส่วนประกอบหลักของการบินอวกาศเชิงพาณิชย์ ครอบคลุมเกือบทั้งหมดของอุตสาหกรรม ตั้งแต่การผลิตและการปล่อยขึ้นสู่อวกาศ ไปจนถึงการดำเนินงานและการประยุกต์ใช้ ก่อนหน้านี้ ดาวเทียมมักมีน้ำหนักหลายตัน ราคาหลายสิบหรือหลายร้อยล้านหยวน มีวงจรการพัฒนาที่กินเวลาหลายปี และค่าใช้จ่ายในการปล่อยขึ้นสู่อวกาศมักสูงถึงหลายร้อยล้านหยวน ดาวเทียมเชิงพาณิชย์ต้องใช้เวลาเป็นสิบปีหรือมากกว่านั้นในการคืนทุน และค่าธรรมเนียมการสมัครที่สูงทำให้ผู้ลงทุนที่มีศักยภาพไม่กล้าลงทุน

ด้วยการพัฒนาอย่างต่อเนื่องของเทคโนโลยีและแอปพลิเคชันดาวเทียม ควบคู่ไปกับความต้องการลดต้นทุนและลดความเสี่ยง จึงมีความจำเป็นเร่งด่วนที่จะต้องเร่งวงจรการพัฒนาและการผลิตดาวเทียม โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับดาวเทียมเฉพาะภารกิจและกลุ่มดาวเทียม ซึ่งต้องการเทคโนโลยีดาวเทียมที่มีต้นทุนต่ำและให้ผลลัพธ์ที่รวดเร็ว เทคโนโลยีดาวเทียมขนาดเล็กจึงเกิดขึ้นมาเพื่อตอบสนองความต้องการนี้ เมื่อเทียบกับดาวเทียมขนาดใหญ่ คุณสมบัติที่ทันสมัย ​​รวดเร็ว ราคาไม่แพง และเชื่อถือได้ของมัน มอบทางเลือกใหม่ให้กับผู้คน

 คุณภาพต่ำ ราคาถูก ความเสี่ยงต่ำ 

ดาวเทียมขนาดเล็กไม่ได้มีขนาดเล็กเพียงอย่างเดียว แต่ยังมาพร้อมเทคโนโลยีที่บูรณาการและทำงานอัตโนมัติอย่างสูง โดยเฉพาะอย่างยิ่งการพัฒนาอย่างรวดเร็วของคอมพิวเตอร์ ซึ่งทำให้สามารถย่อขนาดคอมพิวเตอร์ควบคุมและประมวลผลบนดาวเทียมได้ โดยทั่วไปแล้ว แพลตฟอร์มดาวเทียมขนาดเล็กจะประกอบด้วยระบบพลังงาน การสื่อสาร การประมวลผลข้อมูลบนดาวเทียม และการควบคุมทิศทางของดาวเทียม และส่วนประกอบต่างๆ เช่น การสื่อสาร การสังเกตการณ์โลก และวิทยาศาสตร์อวกาศ เรียกได้ว่าเป็นระบบขนาดเล็กแต่ครบวงจรอย่างแท้จริง

จากมุมมองของวงจรการพัฒนา ดาวเทียมขนาดเล็กสามารถดำเนินการทุกขั้นตอนได้อย่างรวดเร็ว ตั้งแต่การออกแบบ การผลิต การปล่อยขึ้นสู่อวกาศ และการปฏิบัติงานในวงโคจร โดยทั่วไปสามารถพัฒนาให้แล้วเสร็จภายในหนึ่งปีครึ่ง ในขณะที่อายุการใช้งานเฉลี่ยโดยทั่วไปจะมากกว่าสิบปี

ประการที่สอง ดาวเทียมขนาดเล็กมีประสิทธิภาพด้านต้นทุนสูง วิธีการปล่อยดาวเทียมมีความยืดหยุ่น ไม่จำกัดเฉพาะหอปล่อยดาวเทียมแบบตายตัว แต่สามารถปล่อยจากเครื่องบินหรือบรรทุกไปกับดาวเทียมดวงอื่นได้ ซึ่งช่วยลดต้นทุนการพัฒนาและการปล่อยดาวเทียมได้อย่างมาก ราคาของดาวเทียมขนาดเล็กหนึ่งดวง รวมค่าปล่อยแล้ว อยู่ที่ประมาณ 30 ล้านหยวน ทำให้ไม่เพียงแต่มีราคาไม่แพง แต่ยังมีความเสี่ยงค่อนข้างต่ำอีกด้วย

ใช้งานได้หลากหลาย ครอบคลุมความต้องการทั่วโลก

ดาวเทียมขนาดเล็กในปัจจุบันมีแอปพลิเคชันที่หลากหลาย ในด้านพลเรือน สามารถใช้ในการสื่อสาร การสังเกตการณ์โลก การสำรวจระยะไกลในอวกาศ การสังเกตการณ์ทางอุตุนิยมวิทยา การสำรวจมหาสมุทร การลาดตระเวนภาคพื้นดิน และการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ ในบรรดาการใช้งานเหล่านี้ การสื่อสารเคลื่อนที่โดยใช้ดาวเทียมขนาดเล็กได้กลายเป็นหัวข้อที่ได้รับความสนใจอย่างมาก โดยมี Iridium และ Globalstar เป็นตัวอย่างที่ชัดเจน ดาวเทียมขนาดเล็กยังมีบทบาทสำคัญในด้านการทหาร เนื่องจากสามารถพัฒนา เปิดตัว และใช้งานได้อย่างรวดเร็ว จึงตอบสนองความต้องการพิเศษในยามสงครามได้

จากพื้นฐานนี้ ความสามารถในการสร้างเครือข่ายของดาวเทียมขนาดเล็กเป็นปัจจัยสำคัญในการพัฒนาบริษัทดาวเทียมขนาดเล็กเชิงพาณิชย์ กลุ่มดาวเทียมขนาดเล็กที่ประกอบด้วยดาวเทียมหลายดวงเรียงตัวอยู่ในตำแหน่งวงโคจรที่แตกต่างกัน สามารถปรับปรุงเวลาและความละเอียดของภารกิจ ตอบสนองความต้องการการครอบคลุมทั่วโลกแบบเรียลไทม์ได้

ในขณะเดียวกัน ดาวเทียมขนาดเล็กหลายดวงสามารถรักษาตำแหน่งสัมพัทธ์และบินเป็นกลุ่มเพื่อปฏิบัติภารกิจร่วมกันได้ สัญญาณที่พวกมันตรวจจับได้สามารถประมวลผลอย่างสอดคล้องกันเพื่อสร้างดาวเทียมตรวจจับเสมือน ทำให้เกิดการใช้งานใหม่ๆ ที่ไม่สามารถทำได้ด้วยดาวเทียมขนาดใหญ่

ด้วยการพัฒนาด้านไมโครอิเล็กทรอนิกส์ ไมโครกลไก นาโนเทคโนโลยี และเทคโนโลยีอื่นๆ รวมถึงนวัตกรรมในแนวคิดการออกแบบดาวเทียม แนวโน้มการย่อขนาดดาวเทียมจึงเร่งตัวขึ้น และประสิทธิภาพของไมโครและนาโนดาวเทียมก็ดีขึ้นอย่างรวดเร็ว ทำให้พวกมันกลายเป็นองค์ประกอบที่สำคัญที่สุดในการพัฒนาด้านดาวเทียมขนาดเล็ก ดาวเทียม Starlink ของอีลอน มัสก์ เป็นตัวอย่างที่สำคัญ

 การพัฒนาอย่างรวดเร็วได้นำมาซึ่งยุคแห่งการค้าเชิงพาณิชย์

ในปี 2015 ยุคของการบินอวกาศเชิงพาณิชย์ได้เริ่มต้นขึ้น โดยบริษัทดาวเทียมขนาดเล็กเชิงพาณิชย์เริ่มปรากฏตัวขึ้นทั่วโลก ปัจจัยพื้นฐานหลายประการเป็นรากฐานของการพัฒนาอุตสาหกรรมดาวเทียมขนาดเล็กเชิงพาณิชย์:

I. ต้นทุนการปล่อยจรวดที่ลดลง: ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของบริษัทผลิตจรวดเชิงพาณิชย์ นำโดย SpaceX ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ต้นทุนการปล่อยดาวเทียมจึงเริ่มลดลงอย่างมาก และคาดว่าต้นทุนการปล่อยดาวเทียมจะลดลงอีกในอนาคต เมื่อเทคโนโลยีการนำกลับมาใช้ใหม่มีความสมบูรณ์มากขึ้น

II. อุตสาหกรรมการบินและอวกาศกำลังเติบโตเต็มที่: ชิ้นส่วนการบินและอวกาศแบบดั้งเดิมมีราคาแพงมาก เพื่อให้มั่นใจในเสถียรภาพของชิ้นส่วน ต้นทุนการพัฒนาดาวเทียมขนาดใหญ่โดยทั่วไปจึงสูงถึงหลายร้อยล้านหยวน และพวกมันใช้ชิ้นส่วนที่มีความเสถียรสูงพร้อมระบบสำรองหลายชุด ในยุคการบินและอวกาศเชิงพาณิชย์ ชิ้นส่วนระดับ COTS กำลังค่อยๆ พัฒนาขึ้น ทำให้บริษัทดาวเทียมขนาดเล็กเชิงพาณิชย์สามารถควบคุมต้นทุนและบรรลุการอัปเกรดแบบวนซ้ำอย่างรวดเร็วผ่านชิ้นส่วนระดับอุตสาหกรรม

ประการที่สาม การผ่อนปรนนโยบาย: เนื่องจากการที่ SpaceX ครอบครองทรัพยากรวงโคจรโดยการปล่อยดาวเทียมขนาดเล็กจำนวนมาก รัฐบาลและหน่วยงานอวกาศทั่วโลกจึงรู้สึกกดดันและเลือกที่จะผ่อนปรนข้อจำกัดต่ออุตสาหกรรมดาวเทียมขนาดเล็กในระดับหนึ่ง หรือให้การสนับสนุนด้านนโยบายที่สอดคล้องกัน

 จำนวนการปล่อยจรวดเพิ่มขึ้นทุกปี และหลายประเทศก็เข้าร่วมการแข่งขันนี้มากขึ้น

ด้วยพื้นฐานอุตสาหกรรมดังกล่าว การพัฒนาดาวเทียมเชิงพาณิชย์ขนาดเล็กจึงเริ่มต้นอย่างรวดเร็ว มีการคาดการณ์ว่าจำนวนการปล่อยดาวเทียมเชิงพาณิชย์ขนาดเล็กจะเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องทุกปีในอีก 10 ปีข้างหน้า จากสถิติล่าสุดที่เผยแพร่โดย Space Engineering ซึ่งเป็นสถาบันวิจัยของสหรัฐฯ พบว่ามีการปล่อยดาวเทียมขนาดไมโครนาโนที่มีน้ำหนักน้อยกว่า 50 กิโลกรัมขึ้นสู่อวกาศมากกว่า 300 ดวงในปี 2017 เพียงปีเดียว

เมื่อวันที่ 19 พฤศจิกายน 2013 บริษัท Orbital Sciences Corporation ของสหรัฐอเมริกาได้ปล่อยจรวดบรรทุกไมโครแซทเทลไลท์และนาโนแซทเทลไลท์จำนวน 29 ดวง สามสิบชั่วโมงต่อมา บริษัท Kosmotras ของรัสเซียได้ปล่อยไมโครแซทเทลไลท์และนาโนแซทเทลไลท์จำนวน 32 ดวงขึ้นสู่วงโคจร เมื่อวันที่ 15 กุมภาพันธ์ 2017 อินเดียได้ปล่อยดาวเทียม 104 ดวง โดย 103 ดวงเป็นไมโครแซทเทลไลท์และนาโนแซทเทลไลท์ เมื่อวันที่ 22 กุมภาพันธ์ 2018 SpaceX ได้ปล่อยโครงการ Starlink โดยใช้จรวด Falcon 9 ส่งดาวเทียมสื่อสารทดลองขนาดเล็กสองดวงขึ้นสู่วงโคจร ณ วันที่ 14 กันยายน 2021 โครงการ Starlink ได้ปล่อยดาวเทียมไปแล้วทั้งหมด 1,791 ดวง โดยมีดาวเทียม 76 ดวงถูกปลดออกจากวงโคจร เหลือดาวเทียม 1,715 ดวงที่ยังคงโคจรอยู่ในวงโคจร

ในขณะเดียวกัน สหราชอาณาจักรและสวีเดนได้ปล่อยดาวเทียมขนาดนาโนในปี 2000 ฝรั่งเศส อินเดีย อาร์เจนตินา ชิลี บราซิล เกาหลีใต้ ไทย ปากีสถาน และประเทศอื่นๆ ต่างก็มีดาวเทียมขนาดเล็กของตนเองแล้ว นอกจากนี้ อินโดนีเซีย มาเลเซีย ฟิลิปปินส์ และไต้หวันกำลังร่วมมือกับประเทศที่มีศักยภาพด้านอวกาศในการพัฒนาดาวเทียมขนาดเล็กหรือไมโครดาวเทียม

△ดาวเทียมทดลอง "Experimental Satellite-1" และ "Nano Satellite-1" ถูกปล่อยจากศูนย์ปล่อยดาวเทียมซีชาง

 สถานการณ์การปล่อยดาวเทียมขนาดเล็กของประเทศฉัน

ย้อนกลับไปในปี 1995 โดยอิงจากความต้องการของประเทศในการพัฒนาเทคโนโลยีการสื่อสารจากอวกาศสู่พื้นดินในอนาคต สถาบันวิทยาศาสตร์แห่งประเทศจีน (CAS) ได้เสนอให้พัฒนาไมโครดาวเทียมสื่อสารวงโคจรต่ำดวงแรกของจีนที่มีน้ำหนักน้อยกว่า 100 กิโลกรัม และระบบสื่อสารของมันด้วยตนเอง เมื่อวันที่ 21 ตุลาคม 2546 โครงการนวัตกรรมความรู้ที่สำคัญของ CAS คือ ไมโครดาวเทียมสื่อสารแบบจัดเก็บและส่งต่อ "นวัตกรรม-1" ได้ถูกส่งขึ้นสู่วงโคจรอย่างประสบความสำเร็จ นี่เป็นไมโครดาวเทียมที่จีนพัฒนาขึ้นเองเป็นครั้งแรกที่มีน้ำหนักน้อยกว่า 100 กิโลกรัม และยังเป็นไมโครดาวเทียมสื่อสารวงโคจรต่ำรุ่นแรกของจีน ซึ่งมีบทบาทสำคัญในการวิจัยและพัฒนาไมโครดาวเทียมในประเทศจีน และเปิดบทใหม่ในการพัฒนาไมโครดาวเทียมของจีน

เมื่อเวลา 11:59 น. ของวันที่ 18 เมษายน พ.ศ. 2547 ณ ศูนย์ปล่อยดาวเทียมซีฉาง จรวดนำส่งลองมาร์ช 2C ได้ปล่อยดาวเทียมทดลอง "Experimental Satellite-1" ซึ่งพัฒนาขึ้นเองโดยสถาบันเทคโนโลยีฮาร์บิน ขึ้นสู่อวกาศได้สำเร็จ ในเวลาเดียวกันนั้น ยังได้บรรทุกและปล่อยดาวเทียมทดลอง "Nano Satellite-1" ซึ่งมีน้ำหนักน้อยกว่า 25 กิโลกรัม และใช้สำหรับการสำรวจและทดลองทางเทคโนโลยีขั้นสูง นับเป็นความก้าวหน้าครั้งสำคัญในเทคโนโลยีการพัฒนาดาวเทียมขนาดเล็กของประเทศจีน

ในเดือนกันยายน พ.ศ. 2551 ดาวเทียมคู่หูของยานอวกาศ Shenzhou-7 ที่มีมนุษย์ควบคุมถูกส่งขึ้นสู่อวกาศ นี่คือดาวเทียมขนาดเล็กดวงแรกของจีนที่ส่งขึ้นสู่อวกาศ โดยพัฒนาจากเทคโนโลยีขั้นสูงของดาวเทียมขนาดเล็ก Innovation-1 ของสถาบันวิทยาศาสตร์แห่งประเทศจีน ต่อมาดาวเทียม Innovation-1 (02) ก็ถูกส่งขึ้นสู่อวกาศได้สำเร็จในเดือนพฤศจิกายนของปีเดียวกัน

เมื่อเวลา 15:06 น. ของวันที่ 10 พฤษภาคม 2555 ประเทศจีนประสบความสำเร็จในการปล่อยดาวเทียมสำรวจระยะไกลหมายเลข 14 (Remote Sensing Satellite-14) ขึ้นสู่อวกาศโดยใช้จรวดนำส่งลองมาร์ช 4B จากศูนย์ปล่อยดาวเทียมไท่หยวน ในเวลาเดียวกัน ดาวเทียมเทียนถัว-1 ก็ถูกปล่อยขึ้นสู่อวกาศอย่างประสบความสำเร็จเช่นกัน การปล่อยดาวเทียมเทียนถัว-1 อย่างประสบความสำเร็จถือเป็นความก้าวหน้าครั้งสำคัญของจีนในด้านไมโครดาวเทียม

จากความสำเร็จในการปล่อยดาวเทียมเทียมดวงแรกของจีนในปี 1970 จนถึงปัจจุบันที่สามารถปล่อยไมโครดาวเทียมหลายสิบดวงด้วยจรวดเพียงลำเดียว การเดินทางสู่อวกาศของมนุษยชาติได้ก้าวหน้าไปอย่างมาก การพัฒนาการสำรวจอวกาศต่อไปย่อมขึ้นอยู่กับการลดต้นทุน ความเป็นมาตรฐาน ความเป็นโมดูลาร์ ต้นทุนต่ำ วงจรการพัฒนาที่สั้น และการใช้งานที่ยืดหยุ่นของดาวเทียมขนาดเล็ก ทำให้พวกมันมีศักยภาพในการพัฒนาอย่างมหาศาล การเติบโตอย่างรวดเร็วของอุตสาหกรรมดาวเทียมขนาดเล็กเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการพัฒนาเทคโนโลยีอวกาศ เชื่อว่าด้วยความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีอย่างต่อเนื่อง ข้อได้เปรียบที่สำคัญของดาวเทียมขนาดเล็กจะได้รับการตระหนักมากยิ่งขึ้น ซึ่งจะช่วยสนับสนุนนวัตกรรมและความก้าวหน้าในการสำรวจอวกาศได้อย่างแข็งแกร่งยิ่งขึ้น