面向亚立方星尺度航天器的敏捷系统工程

过去几十年中，空间系统小型化日益流行，据估计自1998年以来已发射超过1600颗立方星与300颗亚立方星尺度航天器。这种尺寸减小的趋势使得在数量、成本与研制周期上执行前所未有的任务成为可能，允许大规模分布式卫星网络与空间设备的快速原型开发。口袋大小的航天器可在一年内内部设计完成，重量可低于10g，减少了通常与轨道飞行相关的巨大工作量。然而，尽管已有针对低至立方星尺度任务的系统工程方法论提出，对于皮卫星及更小航天器的设计方法仍存在空白，而这类航天器可发挥其迭代与加速研制的潜力。本文提出一种系统工程方法论，放弃经典瀑布式方法而采用敏捷实践，聚焦于可用能力、功能交付与设计“冲刺”。我们的方法源自软件工程学科，通过使设计对明确定义的修改保持灵活，得以快速适应强制约束、需求变更与意外事件（例如芯片短缺或延误）。两个目前正在研制并计划于2023年发射的飞卫星任务被用作我们方法的案例研究，展示了微型航天器如何在6个月或更短时间内从零开始设计、研制与鉴定。我们主张所提方法能同时提升对设计的信心并缩短极小型卫星的周转时间，使前所未有的任务得以成形，而无需传统上与将尖端硬件送入太空相关的开销。