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在航天發展史上，由於受運載能力及技術水平的限製，早期研製的衛星都采用小衛星方案，其重量衹有幾十公斤。７０年代末，由於大推力運載火箭的研製成功和設計與製造能力的提高，大型多功能衛星開始出現，衛星體積不斷增大，功能也越來越復雜。隨之而來的是成本不斷攀升，風險逐漸增加。如一枚大力神/半人馬座運載火箭連同所發射的偵察衛星價值可達１０.５億美元以上， 一旦發射失敗就會造成嚴重的損失。為此，航天界又將目光重新投嚮了小衛星。
１９８４年，美國國防高級研究項目局實施了全球低軌道信息中繼（ＧＬＯＭＲ）計劃，在一年之內，以不到１００萬美元的投入製造了一顆數字式存儲轉發型中繼衛星。這顆星重６７.５公斤，直徑０４米，自旋穩定，由美防禦係統公司製造，１９８５年１０月由航天飛機上的專用分離罐成功地彈射出去，１９８６年脫離軌道前完成了所賦予的任務。衛星以１.２千比特/秒的速率進行數據傳輸，發射機最大功率為１０瓦，用於接收並傳輸設置在極地冰帽下的水下監視器採集的數據。它的研製和使用標志着小衛星重新獲得了航天界的重視。
此後，國防高級研究項目局、美國航宇局、美海軍以及一些大學和公司相繼研製了一係列小衛星，如多路通信衛星（ＭＡＣＳＡＴ，美國）、薩裏大學星（ＵＯＳＡＴ，英國）係列衛星、韓國電信局星（ＫＩＴＳＡＴ）係列衛星、通信、記錄與觀測多功能自主試驗衛星（ＭＡＥＳＴＲＯ，美國）、韋伯星（美）、信息包星（ＰＡＣＳＡＴ，美）和盧薩特（ＬＵＳＡＴ，阿根廷）等等，掀起了一股研製應用小衛星的熱潮。
由於技術，特別是微電子技術的進步，新一代的小衛星采用了許多小型高性能電子部件，使得它們具有一些大型衛星纔有的功能，並為小衛星進一步微型化，進而發展成微型衛星奠定了基矗如新型的數據傳送微型衛星可以采用最新研製的效率為３０％的串聯太陽能電池覆蓋整個衛星表面，在陽光直射時可獲得８瓦的功率，從而解决動力問題，進一步減輕質量。如果能將所有的電子器件都集成在一個直徑０.１米的硅圓片上，則這個圓片可以取代衛星主板而大大減輕質量。 采用鎂或復合材料代替鋁，在電子係統中應用高密度組裝技術，可使一顆業餘無綫電愛好者微型衛星質量從以前的１０公斤減至５公斤，而且功能不受影響。
一般來說，小衛星重約１０～５００公斤，微型衛星的重量比小衛星低了一個數量級，重約０.１～１０公斤。但無論是小衛星還是微型衛星， 其設計思想均未脫離傳統衛星設計的巢臼——一體式結構，即自身具有某種完整的實用功能，而在現有的技術條件下，一體式結構的衛星重量很難進一步減輕。若要使微型衛星進一步減輕重量，需要從設計思想上來一個根本性的變革，用一種前所未有的方法來設計衛星，采用分散的星座式結構。基於這種思想，美國宇航公司於１９９３年在一份研究報告中首次提出了納米衛星的概念。
近年來，由於軍用衛星嚮大型化、多功能發展，隨之帶來的風險也不斷增加。在軍事領域，由於衛星的功能越來越強，其獨特的優越性已越來越明顯，在偵察、監視、導航、預警和c4i等係統中，軍用衛星起着舉足輕重的作用，已成為各主要軍事強國戰爭體係的有機組成部分。然而現代軍用衛星體積越造越大，功能越造越復雜，隨之也帶來了許多問題。
一是要承受經濟損失的風險。由於體積的增大，重量增加，成本提高，對衛星的發射技術要求高，一旦發射失敗，就會造成難以估量的經濟損失。
二是要承受功能喪失的風險。一方面，由於功能高度集中；反而增加了衛星的脆弱性，衹要其中某一部件或某一分係統損壞，就會影響整個衛星功能的發揮。另一方面，隨着各種反衛星武器係統的出現，軍用衛星遭受攻擊的可能性越來越大。功能高度集中的衛星，一旦遭受攻擊，將很可能喪失全部功能。如1981年用高能激光器，使美國一顆軍用衛星中的照相、紅外電子設備完全失效。1997年10月17日，美國也進行了激光打衛星試驗。為此，軍事部門已將目光投嚮了小型衛星、微型衛星。
納米技術的發展為衛星小型化、微型化提供了技術基礎。
人們在改造自然的進程中，已經從物質的毫米一微米層次進入到分子一原子的納米層次，納米技術也應運而生。納米技術的基本特徵是以精確完美的控製和準確入微的離散方式，快速排布分子或原子結構，按照人的意嚮操縱原子、分子或原子團、分子團，製造出具有特定功能的微型設備，從而使物質加工處理技術提高到前所未有的水平。
將納米技術、新材料技術應用於軍用衛星領域，就可以使機電係統微型化，實現新一代軍用衛星袖珍化。若超導技能取得重大的突破，將進一步推動衛星嚮小型化、微型化方向發展。
設計思想上的突破，為納米衛星的誕生奠定了理論基礎。
一般來說，小衛星重10～500公斤，微型衛星的重量比小衛星低了一個數量級，重100剋～10公斤。但無論是小衛星還是微型衛星，其設計思想均未脫離傳統衛星設計“一體式”結構的思路，即自身具有某種完整的實用功能，而在現有的技術條件下，一體式結構的衛星，重量很難進一步減輕。若要使微型衛星進一步減輕重量，需要從設計思想上來一個根本性的變革，用一種前所未有的方法來設計衛星，即采用“分散的星座式”結構。采取這種設計的衛星，重量可以降到100剋以下。這也就為納米衛星提供了理論基礎。 |
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因此，美國於1993年首次提出納米衛星的概念。
納米衛星采用mrms（微型機電一體化係統）中的多重集成技術，利用大規模集成電路的設計思想和製造工藝，不僅把機械部件像電子電路一樣集成起來，而且把傳感器、執行器。微處理器以及其他電學和光學係統都集成於一個極小的幾何空間內，形成機電一體化的、具有特定功能的衛星部件或分係統，使裝置輕小、堅固，可靠性提高，從而出現更多優勢：一是衛星具有可重組性；二是分佈式的星座結構，可以大大提高衛星的生存能力；三是納米衛星重量輕，可不使用大型運載工具進行發射，其成本可比一般衛星大大降低；四是分佈式的星座結構，可以多次發射；五是納米衛星的研製將不再需要大型的實驗設施和高跨度廠房，而可以在大學、研究所的實驗室裏進行，給研製工作帶來了極大的方便，也降低了研製費用。
納米衛星雖然有非常誘人的前景和優勢，但納米衛星目前還停留在概念階段，要想變成現實，還需解决一些技術問題：
發展納米衛星的第一步，是利用其核心技術一mems使現有衛星分係統和部件微型化，研製有較強功能的微型衛星，然後再發展分佈式的空間係統結構關鍵技術，最終實現超小型的納米衛星。若在太陽同步軌道的18個等間隔的軌道面上，各自等間隔地佈置36顆功能不同的納米衛星（共648顆），就可保證在任何時刻、對地球上任何一點都能進行連續覆蓋與監視，相當於三顆地球同步觀測衛星的功能。若在太空的不同軌道上設置1000顆具有低功率（一瓦）發射機／接收機的納米衛星，可構成一個相控陣雷達係統，能産生有很強方向性的一千瓦射頻或微波波束。
從目前的發展來看，采用mems技術使航天器製導、導航、控製係統小型化的工作已初露端倪。
納米衛星的應用前景非常廣阔，但要真正變成現實還有很長的路要走。 |
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納米衛星采用ＭＥＭＳ中的多重集成技術，即利用大規模集成電路的設計思想和製造工藝。它不僅把機械部件像電子電路一樣集成起來，而且把傳感器、執行器、微處理器以及其它電學和光學係統都集成於一個極小的幾何空間內，形成機電一體化的具有特定功能的衛星部件或分係統。這種由分散趨近集成的設計方法，可以使裝置輕孝堅固，提高可靠性，輕而易舉地實現航天器設計人員夢寐以求的目標，而且可以用同一工藝製作成千上萬個裝置，如同專用集成電路一樣進行批量生産，從而明顯降低納米衛星及其部件的造價。
由於納米衛星重量很輕，可不使用高成本的大型運載工具進行發射，其成本可比一般衛星大大降低。分佈式的星座結構可以多次發射，其中某一部分壞了很容易修復和替換，承受大的經濟損失和係統失敗的風險幾乎為零，可靠性增加。從軍事上說，分散佈置使係統的生存能力提高。另外，納米衛星的研製將不再需要大型的實驗設施和高跨度廠房，而可以在大學、研究所的實驗室裏進行研製，這也降低了它們的研製費用。
但正像任何事物都有其正反兩方面一樣，納米衛星需要由一定數量的衛星形成分佈式的星座係統才能實現其功能。這大大增加了係統的復雜程度，為不同功能的納米衛星之間的連接、數據傳輸、功能協調提出了更高的技術要求。根據美國國傢偵察辦公室的看法，目前研製的小衛星的對地觀測分辨率還比不上大衛星，且管理由衆多的小衛星組成的衛星網絡的花費比管理由少量大衛星組成的網絡的花費要大。 |
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如前所述，納米衛星的概念是在ＭＥＭＳ技術發展的基礎上提出來的，迄今為止還仍然是紙上談兵。但美國宇航公司納米技術工作組的專傢們認為，用已掌握的ＭＥＭＳ技術製造一臺在１００公裏高度上每個像素的分辨率為７米（對應４００公裏高度的分辨率為２８米）、具有飛行功能的微型相機是可能的。這種相機衛星使用一個２０００×２０００像素的低噪聲ＣＣＤ陣列，其組成的探測器陣列面積可縮減至１.２平方釐米，集成到一個圖像處理圓片上， 可形成完整的微型光學傳感器分係統，既可提供窄角視場覆蓋，又可實現寬角視場覆蓋，重量可小於１公斤。
他們提出，發展納米衛星的第一步是利用其核心技術——ＭＥＭＳ使現有衛星分係統和部件微型化，研製有較強功能的微型衛星，然後再發展分佈式的空間係統結構，掌握關鍵技術，最終實現超小型的納米衛星。
從目前的發展來看，采用ＭＥＭＳ技術使航天器製導、導航、控製係統小型化的工作已初露端倪。如美加州大學伯剋利分校已研製了一種微型機械式加速度表，還正在研究執行機構。一直致力於研製微型慣性測量組合（ＭＩＭＵ）的德雷珀實驗室正在努力研製在“一塊芯片”上的低成本的慣性測量組合（ＩＭＵ），即三軸陀蠃和三軸加速度表。霍尼韋爾公司已製造出一種微型機械式陀蠃，目前的研究重點是研製在芯片上的光纖陀蠃。同時，該公司還在研製一種能降低敏感器尺寸的紫外光地球敏感器和星敏感器。噴氣推進實驗室已研製出一種隧道讀出加速度表和紅外探測器，靈敏度極高，體積則比常規同類儀表減小很多。洛剋韋爾公司、衛星通信技術公司也都在根據各自與美國航宇局和陸軍的合同，致力於研究用於製導、導航和控製係統的asim。據報道，美國已運用ＭＥＭＳ加工技術研製了三種使衛星通信係統微型化的微結構，即開槽波導、單片矩形波導和大型陣列波導。這三種結構充分利用了芯片表面積，極有可能被美國空軍空間與導彈係統中心（ＳＭＣ）計劃中的微型衛星係統的設計所采用。
美國還研究了小型喇叭輻射體和反射天綫及其陣列，其中一些已利用現有的ＭＥＭＳ工藝製造了樣品，有的研究人員已成功地演示了集成喇叭天綫在９０、２４０和８０２吉赫毫米波的應用。
美國已研製了冷卻液通道寬２５微米，深２００微米，導熱片厚１５微米的微型換熱器，設計能承受的局部熱量大於１千瓦/平方釐米， 固定面與工作液體之間的溫差為１０～２０攝氏度，可用於衛星的溫度控製係統。
目前的主要問題之一就是尚不掌握在半導體基片上製造微型推進係統的技術。正在研究的方案有化學微推力器、小型發電機以及光發動機等等。 |
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