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小型衛星市場成長快速 散熱卻是成敗關鍵之一

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科技產業資訊室 (iKnow) - 何思穎、張小玫 發表於 2020年8月14日
 
圖、小型衛星市場成長快速 散熱卻是成敗關鍵之一
 
所謂小型衛星包括小型衛星、微型衛星(10~100公斤)、奈米衛星(1~10公斤),重量通常不超過500公斤,主要用途於地球觀測與氣象,科學研究與探索,通信,監視與安全,測繪與導航,最終用戶於商業,軍事,公民/政府。
 
在全球小型衛星市場中,奈米衛星使用最廣泛,市場份額最大。因為奈米衛星質量小、體積小的特性,再加上SpaceX火箭回收發射再利用技術成熟,造成發射成本降低。另一方面,從商用需求的角度來看,由於商業服務增加,因此像是SpaceX、谷歌、亞馬遜和Facebook等需要衛星寬頻和網路的公司,也促使小型衛星的需求增加。
 
小型衛星重量220至500 kg之間,成功機率高達96%
 
近年來,隨著小型衛星可靠性提高而增加成功發射比例,因而造就市場上的小型衛星數量也大大增加,展現了該產業日益成熟度。2013年起,每年至少有85%的小型衛星成功完成發射。
 
根據The Aerospace Corporation發表的研究顯示,2009年至2018年期間發射的小型衛星(重量不超過500公斤)有87%完成成功發射任務。而先前在2009年至2013年間,發現成功完成發射的小型衛星,不超過76%。
 
一般而言,較大的小型衛星相較小的小型衛星更可靠。該研究發現,重量落在220至500 kg之間的小型衛星,成功機率高達96%
 
會失敗的小型衛星,通常是在執行任務初期就失敗,也就是若能克服前兩個月的嬰兒期階段,那麼很可能在整個設計過程中就降低失敗風險。其中,通訊和電力系統故障是小型衛星故障的主因,至少那些可以辨認根本原因的案例是這樣。尚有近四分之一的小型衛星故障是找不到原因的。
 
小型衛星可靠性的提高,是因為發射的小型衛星數量急速增加。最初的研究包括從2009年到2013年發射的244個小衛星;往後的五年,儘管中間因發射失敗出現下降,但還是發射了1,208個小衛星。
 
小型衛星的散熱能力成為棘手問題
 
隨著小型衛星功能越來越強大,更需要更好的電子管理系統來處理所產生的散熱問題。
 
小型衛星要處理的數據越來越多,無論是遙測影像收集或是地面感測器和智慧裝置的路由流量。例如Planet公司的光學成像立方衛星的機載記憶體(onboard memory),一個衛星從8年前16 GB增加到2020年的2 TB,成長了125倍,由於高功率衛星的運作,例如高資料傳輸率通訊,會產生大量的熱量,尤其在小型衛星很小的體積進行電子封裝,使得散熱非常困難。。
 
製造商及其供應商正在開發新的方法來處理小型衛星上的多餘熱量:
  • 美國喬治亞州亞特蘭大的新創公司Carbice,預計今年(2020)將在其衛星上搭載其新型奈米技術碳纖維熱管理材料。
  • 美國研發公司Creare在NASA噴氣推進實驗室(Jet Propulsion Laboratory)的支持下也在研究開發儲熱系統。
  • Pumpkin公司與美國空軍研究實驗室共同開發的一種熱管理系統,該系統包括將熱量散佈到太空中的散熱器、設計用於在衛星內部傳遞熱量的管道以及儲熱組件。
隨著立方衛星和小型衛星的發展,太空新創公司正在尋求其他技術改進,例如:更好的太陽能電池板、改良的網路安全性和功能更強大的感測器。(720字;圖1)
 
 
參考資料:
Manufacturers worry about smallsats getting too hot, literally. Space News, 2020/8/6.
Smallsat reliability increasing. Space News, 2020/8/6.
全球奈米衛星產業市場到2023年將達12.5億美元。科技產業資訊室 (iKnow),2019/6/25。 


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