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微机电系统（MEMS）技术
MEMS这个新技术术语,近年来不但在传感器技术、测控技术和微电子技术领域频繁出现,也在航天技术领域中不断出现。它是"Micro Electro Mechanical Systems"的缩写,有的译成"微机电系统",也有译成"微电子机械系统"的。微电子机械系统是微电子技术的拓宽和延伸，它将微电子技术和精密机械加工技术相互融合，实现了微电子与机械融为一体的系统。具体来说，微机电系统是专指外形轮廓尺寸在毫米量级以下，构成它的机械零件和半导体元器件尺寸在微米至纳米量级(10-6～10-9m)，可对声、光、热、磁、运动等自然信息进行感知、识别、控制和处理的微型机电装置。它是正在飞速发展的微米和纳米技术的一项十分重要的成果。它将微型电机、微型电路、微型传感器、微型执行器等微型装置和器件集成在硅片上，不仅能搜集、处理与发送信息或指令，还能按照所获取的信息自主地或根据外部的指令采取行动。
MEMS技术的出现开辟了的技术一个全新领域和产业。它们具有许多传统传感器无法比拟的优点，因此在航空、航天、汽车、生物医学、环境监控、军事以及几乎人们接触到的所有领域中都有着十分广阔的应用前景。
1、微机电（MEMS）技术的丰富内涵
随着时间的推移以及技术的逐步发展，MEMS所包含的内容正不断的增加变的更加丰富。世界著名信息技术期刊〈IEEE Proceedings〉在1998年的MEMS专辑中将MEMS的内容归纳为:集成传感器、微执行器和微系统。人们还把微机械、微结构、灵巧传感器(Smart Sensor)和智能传感器归入MEMS范畴。制作MEMS的技术称作MEMS技术,它包括微电子技术和微加工技术两大部分。微电子技术的主要内容有:氧化层生长、光刻掩膜制作、光刻选择掺杂(屏蔽扩散、离子注入)、薄膜(层)生长、连线制作等。微加工技术的主要内容有:硅表面微加工和硅体微加工(各向异性腐蚀、牺牲层)技术、晶片键合技术、制作高深宽比结构的LIGA技术等。利用微电子技术可制造集成电路和许多传感器。微加工技术很适合于制作某些压力传感、加速度传感器、微泵、微阀、微沟槽、微反应室、微执行器、微机械等,这就能充分发挥微电子技术的优势,利用MEMS技术大批量、低成本地制造高可靠性微小卫星。
MEMS技术是一个新兴技术领域,主要属于微米技术范畴。MEMS技术的发展已经历了十多年时间,大都基于现有技术,用由大到小的技术途径制作出来的,发展了一批新的集成器件,大大提高了器件的功能和效率,已显示了巨大的生命力。MEMS技术的发展有可能会像微电子一样,对科学技术和人类生活产生革命性的影响。尤其对微小卫星的发展影响更加深远,必将为大批量生产低成本高可靠性的微小卫星打开大门。
2、微机电（MEMS）技术的特点
（1）微型化MEMS器件体积小，重量轻，耗能低，惯性小，谐振频率高，响应时间短。MEMS与一般的机械系统相比，不仅体积缩小，而且在力学原理和运动学原理，材料特性、加工、测量和控制等方面都将发生变化。MEMS器件机械电气性能优良。
（2)可批量生产MEMS采用类似集成电路（IC）的生产工艺和加工过程，用硅微加工工艺在一硅片上可同时制造成百上千个微型机电装置或完整的MEMS，使MEMS有极高的自动化程度，批量生产可大大降低生产成本。
（3）集成化MEMS可以把不同功能、不同敏感方向或致动方向的多个传感器或执行器集成于一体，或形成微传感器阵列和微执行器阵列，甚至把多种功能的器件集成在一起，形成复杂的微系统。微传感器、微执行器和微电子器件的集成可制造出高可靠性和稳定性的微型机电系统。
（4）方便扩展由于MEMS技术采用模块设计，因此设备运营商在增加系统容量时只需要直接增加器件/系统数量，而不需要预先计算所需要的器件/系统数，这对于运营商是非常方便的。
（5）多学科交叉MEMS涉及电子、机械、材料、制造、信息与自动控制、物理、化学和生物等多种学科，并集中了当今科学技术发展的许多尖端成果。通过微型化、集成化可以探索新的原理、新功能的元件和系统，将开辟一个新技术领域。
3、射频微机电（MEMS）技术
射频MEMS技术传统分法为固定的和可动的两类，固定的MEMS器件包括本体微机械加工传输线、滤波器和耦合器，可动的MEMS器件包括开关、调谐器和可变电容。按技术层面又分为：由微机械开关、可变电容器、电感谐振器组成的基本器件层面；有移相器、滤波器、VCO等组成的组件层面；由单片接收机、变波束雷达、相控阵雷达天线组成的应用系统层面。
微机电（MEMS）技术卫星简介
如果把卫星看作是一个系统的话，那么通常情况，对于一般简单的卫星来说，它可以被认为主要是由下列四个子系统组成：
1、电源子系统：提供卫星工作时各子系统所需的能源，一般由太阳能电池和可充电电池构成；
2、通信子系统：由接收天线、发射天线、接收机和发射机构成；
3、遥测子系统：测量和保持卫星的运行状态，如光电传感器、速度和加速度传感器等；
4、控制子系统：协调各子系统的活动，仿佛电脑中的CPU，是重要的核心。
对于较为复杂的卫星，则还有控制和调节卫星姿态的推进器子系统、使天线和太阳能电池适时转向的子系统等。
随着MEMS技术的进展，这些子系统也都在逐步不断的MEMS化，即开始应用MEMS技术进行制造。而一旦当卫星的全部或绝大部分的子系统都由MEMS技术制造时，便理所当然的被称作是MEMS卫星。由于硅材料既具有良好的半导体性能，也具有包括强度、硬度、杨氏模量、热导率和热膨胀系数在内的良好机械性能，因而可以设想，在未来等到MEMS技术及其应用均发展到非常成熟的时候，便可用微电子技术可在硅晶圆片上制造各种集成信息处理电路，用微加工技术在硅晶圆片制造星上传感器、推进器等卫星子系统。所以，今后制造卫星就会如同制造CMOS芯片，装配卫星就像用CMOS芯片装配电脑般方便。
MEMS卫星实质上就是应用了MEMS技术的微小卫星。因此，它就继承了微小卫星的诸多优点：重量轻、体积小；成本低、发射费用少；耐辐射、耐振动。传统卫星重则几吨，轻则几百公斤，MEMS卫星则最多只有几公斤而已，甚至才仅几百克。
由于MEMS卫星制造成本低、发射费用少，人们很容易实现在LEO上发射几百颗MEMS卫星组成完整星座的计划，从而获取更加全面完整的气象信息，使天气预报更加准确、预报时间变的更长。宇宙空间的某些区域存在着很强的辐射，传统卫星在这些区域很快会被辐射损伤，无法正常工作。而MEMS卫星上的MEMS开关耐辐射能力很强，在那些区域也可长期可靠的工作。
为了证明MEMS卫星的耐振动耐冲击性能，总部在美国新泽西洲的霍尼威尔公司曾对MEMS辐射热测量仪作过地面曲射炮冲击试验，当一起遭受的冲击速度达到地心引力的两万倍时，MEMS辐射热测量仪仍能完好工作。这是因为这种一起的运动部件质量十分微小，所以耐冲击和抗振动性能非常优良。
MEMS卫星因其体积功耗所限，功能比较单一，但是如果开发出标准的MEMS卫星平台，在其基础上装载不同的有效载荷，再加上具有“一箭多星”的发射特点，可以满足不同的飞行任务需要。所以，研制开发标准的MEMS卫星总线系统和MEMS卫星应用平台是充分发挥MEMS卫星优势的必要条件。 为了提升空间技术整体水平，新技术的在轨飞行演示和验证是必不可少的过程，而实现这一过程的最佳途径，就是利用MEMS卫星或MEMS卫星平台。“MEMS卫星”是一颗全新设计概念的卫星。以此来探索微小型卫星的设计思路， 也为我国空间MEMS技术提供了一种有效的演示途径。通过对“MEMS卫星”的设计与研制，将推动我国微小卫星技术向纵深发展，有望进一步缩小我国在微米与纳米技术方面与国外的差距。
微机电（MEMS）技术在卫星中的应用
MEMS技术的突出优点对航天工业的技术进步有着重大的推动作用。由于航天技术对器件功能密度比的要求非常高，因此，MEMS技术首先应用在航天技术领域，也可以说，MEMS技术的主要需求牵引来自于航天技术。
微小型卫星采用MEMS中的多重集成技术，即利用大规模集成电路的设计思想和制造工艺。它不仅可以把机械部件像电子电路一样集成起来，而且把传感器、执行器、微处理器，例如气相分析仪、环形激光光纤陀螺、图像传感器、微波收发射机、电动机，以及其它电学和光学系统等集成于一个极小的几何空间内，形成具有特定功能的机电一体化卫星部件或分系统。这种由分散趋近集成的设计方法，可以使装置轻巧坚固，提高可靠性，轻而易举地实现航天器设计人员梦寐以求的目标，而且可以用同一工艺制作成千上万个装置，如同专用集成电路一样进行批量生产，从而明显降低微小卫星及其部件的造价，同时也能提高卫星信息获取和防御能力。
此外，由于微小型卫星重量很轻，可不使用高成本的大型运载工具进行发射，因此其成本比一般卫星大大降低。分布式的星座结构可以多次发射，对损坏的部分很容易修复和替换，承受重大经济损失和系统失败的风险几乎为零，具有很高的可靠性。从军事上来说，分散布置可以提高系统的生存能力。另外，微小型卫星的研制将不再需要大型的实验设施和高跨度厂房，可以在大学和研究所的实验室里进行，这也降低了它们的研制费用。
正是由于MEMS技术具有上述的特点和优势，所以各国都在此领域投入大量人力物力，认真努力进行研究，不断探索如何能够尽快的将MEMS技术尽早顺利成功的应用于微小型卫星系统各分系统的制造当中。如今，经过了一些时间坚持不懈的奋斗，现在主要已经在热控子系统中取得一定的阶段性成果。其它方面则仍然在继续的分析探讨和试验体尝中。
在空间运行的微小型卫星,热控制特别重要。因为它们的运行周期一般为60～100分钟,约有一半时间受到太阳光直射,而另一半时间处在地球的阴影中。若不采取适当的措施,卫星就会周期性地受到照射(高温)和进阴影(低温)。措施之一是用类似TI(德克萨斯仪器)公司开发的微镜的薄窗板覆盖卫星表面,对卫星实行热量或温度控制。窗板由硅衬底上的止动柱和铰链支撑,其铝金属化的盖反射热和光;硅衬底表面涂有高辐射率的材料。当需将热量从卫星散走时,电动铰链打开面对太阳的窗板,露出高辐射率的涂层。因为硅对红外线透明,在涂层下的热源会向外辐射红外线,使仪器温度下降。也可在硅衬底表面腐蚀出小沟道,然后用薄膜封住形成小管道,将甲醇泵进这些小管道，将热量从卫星的一处带到另一外。
MEMS技术在热控子系统中的成功应用为其进一步在其它各系统的应用开了一个好头，起到参考示范的作用。一方面，这证明了将MEMS技术应用在微小型卫星领域是可行通的，使得工程技术人员更加有信心有决心继续为MEMS技术的拓展应用而坚持不懈的奋斗拼搏；另一方面，也就明确的显示出应用MEMS技术可以有效的促进微小型卫星的发展和提高，同时，反过来，微小型卫星的不断发展也会相应的要求MEMS技术的不断前进，两者是相辅相成的密切不可分割的关系。换句话说，采用MEMS技术进行微小型卫星系统的设计制造是必然的发展趋势。
MEMS这个新技术术语,近年来不但在传感器技术、测控技术和微电子技术领域频繁出现,也在航天技术领域中不断出现。它是"Micro Electro Mechanical Systems"的缩写,有的译成"微机电系统",也有译成"微电子机械系统"的。微电子机械系统是微电子技术的拓宽和延伸，它将微电子技术和精密机械加工技术相互融合，实现了微电子与机械融为一体的系统。具体来说，微机电系统是专指外形轮廓尺寸在毫米量级以下，构成它的机械零件和半导体元器件尺寸在微米至纳米量级(10-6～10-9m)，可对声、光、热、磁、运动等自然信息进行感知、识别、控制和处理的微型机电装置。它是正在飞速发展的微米和纳米技术的一项十分重要的成果。它将微型电机、微型电路、微型传感器、微型执行器等微型装置和器件集成在硅片上，不仅能搜集、处理与发送信息或指令，还能按照所获取的信息自主地或根据外部的指令采取行动。
MEMS技术的出现开辟了的技术一个全新领域和产业。它们具有许多传统传感器无法比拟的优点，因此在航空、航天、汽车、生物医学、环境监控、军事以及几乎人们接触到的所有领域中都有着十分广阔的应用前景。
1、微机电（MEMS）技术的丰富内涵
随着时间的推移以及技术的逐步发展，MEMS所包含的内容正不断的增加变的更加丰富。世界著名信息技术期刊〈IEEE Proceedings〉在1998年的MEMS专辑中将MEMS的内容归纳为:集成传感器、微执行器和微系统。人们还把微机械、微结构、灵巧传感器(Smart Sensor)和智能传感器归入MEMS范畴。制作MEMS的技术称作MEMS技术,它包括微电子技术和微加工技术两大部分。微电子技术的主要内容有:氧化层生长、光刻掩膜制作、光刻选择掺杂(屏蔽扩散、离子注入)、薄膜(层)生长、连线制作等。微加工技术的主要内容有:硅表面微加工和硅体微加工(各向异性腐蚀、牺牲层)技术、晶片键合技术、制作高深宽比结构的LIGA技术等。利用微电子技术可制造集成电路和许多传感器。微加工技术很适合于制作某些压力传感、加速度传感器、微泵、微阀、微沟槽、微反应室、微执行器、微机械等,这就能充分发挥微电子技术的优势,利用MEMS技术大批量、低成本地制造高可靠性微小卫星。
MEMS技术是一个新兴技术领域,主要属于微米技术范畴。MEMS技术的发展已经历了十多年时间,大都基于现有技术,用由大到小的技术途径制作出来的,发展了一批新的集成器件,大大提高了器件的功能和效率,已显示了巨大的生命力。MEMS技术的发展有可能会像微电子一样,对科学技术和人类生活产生革命性的影响。尤其对微小卫星的发展影响更加深远,必将为大批量生产低成本高可靠性的微小卫星打开大门。
2、微机电（MEMS）技术的特点
（1）微型化MEMS器件体积小，重量轻，耗能低，惯性小，谐振频率高，响应时间短。MEMS与一般的机械系统相比，不仅体积缩小，而且在力学原理和运动学原理，材料特性、加工、测量和控制等方面都将发生变化。MEMS器件机械电气性能优良。
（2)可批量生产MEMS采用类似集成电路（IC）的生产工艺和加工过程，用硅微加工工艺在一硅片上可同时制造成百上千个微型机电装置或完整的MEMS，使MEMS有极高的自动化程度，批量生产可大大降低生产成本。
（3）集成化MEMS可以把不同功能、不同敏感方向或致动方向的多个传感器或执行器集成于一体，或形成微传感器阵列和微执行器阵列，甚至把多种功能的器件集成在一起，形成复杂的微系统。微传感器、微执行器和微电子器件的集成可制造出高可靠性和稳定性的微型机电系统。
（4）方便扩展由于MEMS技术采用模块设计，因此设备运营商在增加系统容量时只需要直接增加器件/系统数量，而不需要预先计算所需要的器件/系统数，这对于运营商是非常方便的。
（5）多学科交叉MEMS涉及电子、机械、材料、制造、信息与自动控制、物理、化学和生物等多种学科，并集中了当今科学技术发展的许多尖端成果。通过微型化、集成化可以探索新的原理、新功能的元件和系统，将开辟一个新技术领域。
3、射频微机电（MEMS）技术
射频MEMS技术传统分法为固定的和可动的两类，固定的MEMS器件包括本体微机械加工传输线、滤波器和耦合器，可动的MEMS器件包括开关、调谐器和可变电容。按技术层面又分为：由微机械开关、可变电容器、电感谐振器组成的基本器件层面；有移相器、滤波器、VCO等组成的组件层面；由单片接收机、变波束雷达、相控阵雷达天线组成的应用系统层面。
微机电（MEMS）技术卫星简介
如果把卫星看作是一个系统的话，那么通常情况，对于一般简单的卫星来说，它可以被认为主要是由下列四个子系统组成：
1、电源子系统：提供卫星工作时各子系统所需的能源，一般由太阳能电池和可充电电池构成；
2、通信子系统：由接收天线、发射天线、接收机和发射机构成；
3、遥测子系统：测量和保持卫星的运行状态，如光电传感器、速度和加速度传感器等；
4、控制子系统：协调各子系统的活动，仿佛电脑中的CPU，是重要的核心。
对于较为复杂的卫星，则还有控制和调节卫星姿态的推进器子系统、使天线和太阳能电池适时转向的子系统等。
随着MEMS技术的进展，这些子系统也都在逐步不断的MEMS化，即开始应用MEMS技术进行制造。而一旦当卫星的全部或绝大部分的子系统都由MEMS技术制造时，便理所当然的被称作是MEMS卫星。由于硅材料既具有良好的半导体性能，也具有包括强度、硬度、杨氏模量、热导率和热膨胀系数在内的良好机械性能，因而可以设想，在未来等到MEMS技术及其应用均发展到非常成熟的时候，便可用微电子技术可在硅晶圆片上制造各种集成信息处理电路，用微加工技术在硅晶圆片制造星上传感器、推进器等卫星子系统。所以，今后制造卫星就会如同制造CMOS芯片，装配卫星就像用CMOS芯片装配电脑般方便。
MEMS卫星实质上就是应用了MEMS技术的微小卫星。因此，它就继承了微小卫星的诸多优点：重量轻、体积小；成本低、发射费用少；耐辐射、耐振动。传统卫星重则几吨，轻则几百公斤，MEMS卫星则最多只有几公斤而已，甚至才仅几百克。
由于MEMS卫星制造成本低、发射费用少，人们很容易实现在LEO上发射几百颗MEMS卫星组成完整星座的计划，从而获取更加全面完整的气象信息，使天气预报更加准确、预报时间变的更长。宇宙空间的某些区域存在着很强的辐射，传统卫星在这些区域很快会被辐射损伤，无法正常工作。而MEMS卫星上的MEMS开关耐辐射能力很强，在那些区域也可长期可靠的工作。
为了证明MEMS卫星的耐振动耐冲击性能，总部在美国新泽西洲的霍尼威尔公司曾对MEMS辐射热测量仪作过地面曲射炮冲击试验，当一起遭受的冲击速度达到地心引力的两万倍时，MEMS辐射热测量仪仍能完好工作。这是因为这种一起的运动部件质量十分微小，所以耐冲击和抗振动性能非常优良。
MEMS卫星因其体积功耗所限，功能比较单一，但是如果开发出标准的MEMS卫星平台，在其基础上装载不同的有效载荷，再加上具有“一箭多星”的发射特点，可以满足不同的飞行任务需要。所以，研制开发标准的MEMS卫星总线系统和MEMS卫星应用平台是充分发挥MEMS卫星优势的必要条件。 为了提升空间技术整体水平，新技术的在轨飞行演示和验证是必不可少的过程，而实现这一过程的最佳途径，就是利用MEMS卫星或MEMS卫星平台。“MEMS卫星”是一颗全新设计概念的卫星。以此来探索微小型卫星的设计思路， 也为我国空间MEMS技术提供了一种有效的演示途径。通过对“MEMS卫星”的设计与研制，将推动我国微小卫星技术向纵深发展，有望进一步缩小我国在微米与纳米技术方面与国外的差距。
微机电（MEMS）技术在卫星中的应用
MEMS技术的突出优点对航天工业的技术进步有着重大的推动作用。由于航天技术对器件功能密度比的要求非常高，因此，MEMS技术首先应用在航天技术领域，也可以说，MEMS技术的主要需求牵引来自于航天技术。
微小型卫星采用MEMS中的多重集成技术，即利用大规模集成电路的设计思想和制造工艺。它不仅可以把机械部件像电子电路一样集成起来，而且把传感器、执行器、微处理器，例如气相分析仪、环形激光光纤陀螺、图像传感器、微波收发射机、电动机，以及其它电学和光学系统等集成于一个极小的几何空间内，形成具有特定功能的机电一体化卫星部件或分系统。这种由分散趋近集成的设计方法，可以使装置轻巧坚固，提高可靠性，轻而易举地实现航天器设计人员梦寐以求的目标，而且可以用同一工艺制作成千上万个装置，如同专用集成电路一样进行批量生产，从而明显降低微小卫星及其部件的造价，同时也能提高卫星信息获取和防御能力。
此外，由于微小型卫星重量很轻，可不使用高成本的大型运载工具进行发射，因此其成本比一般卫星大大降低。分布式的星座结构可以多次发射，对损坏的部分很容易修复和替换，承受重大经济损失和系统失败的风险几乎为零，具有很高的可靠性。从军事上来说，分散布置可以提高系统的生存能力。另外，微小型卫星的研制将不再需要大型的实验设施和高跨度厂房，可以在大学和研究所的实验室里进行，这也降低了它们的研制费用。
正是由于MEMS技术具有上述的特点和优势，所以各国都在此领域投入大量人力物力，认真努力进行研究，不断探索如何能够尽快的将MEMS技术尽早顺利成功的应用于微小型卫星系统各分系统的制造当中。如今，经过了一些时间坚持不懈的奋斗，现在主要已经在热控子系统中取得一定的阶段性成果。其它方面则仍然在继续的分析探讨和试验体尝中。
在空间运行的微小型卫星,热控制特别重要。因为它们的运行周期一般为60～100分钟,约有一半时间受到太阳光直射,而另一半时间处在地球的阴影中。若不采取适当的措施,卫星就会周期性地受到照射(高温)和进阴影(低温)。措施之一是用类似TI(德克萨斯仪器)公司开发的微镜的薄窗板覆盖卫星表面,对卫星实行热量或温度控制。窗板由硅衬底上的止动柱和铰链支撑,其铝金属化的盖反射热和光;硅衬底表面涂有高辐射率的材料。当需将热量从卫星散走时,电动铰链打开面对太阳的窗板,露出高辐射率的涂层。因为硅对红外线透明,在涂层下的热源会向外辐射红外线,使仪器温度下降。也可在硅衬底表面腐蚀出小沟道,然后用薄膜封住形成小管道,将甲醇泵进这些小管道，将热量从卫星的一处带到另一外。
MEMS技术在热控子系统中的成功应用为其进一步在其它各系统的应用开了一个好头，起到参考示范的作用。一方面，这证明了将MEMS技术应用在微小型卫星领域是可行通的，使得工程技术人员更加有信心有决心继续为MEMS技术的拓展应用而坚持不懈的奋斗拼搏；另一方面，也就明确的显示出应用MEMS技术可以有效的促进微小型卫星的发展和提高，同时，反过来，微小型卫星的不断发展也会相应的要求MEMS技术的不断前进，两者是相辅相成的密切不可分割的关系。换句话说，采用MEMS技术进行微小型卫星系统的设计制造是必然的发展趋势。