微衛(wèi)星-太空探索新機(jī)遇

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1、微衛(wèi)星:太空探索新機(jī)遇　　長(zhǎng)期以來(lái)，在大氣層外研究天文學(xué)，一直是美國(guó)宇航局（NASA）及其它政府太空機(jī)構(gòu)的專(zhuān)屬領(lǐng)域。但是現(xiàn)在這一狀況正在改變。得益于微電子技術(shù)和民間宇航事業(yè)的發(fā)展，如今，一些大學(xué)以及小型公司有可能將自己制造的衛(wèi)星發(fā)射到太空。只需相當(dāng)于建造一座大型業(yè)余天文臺(tái)的資金，任何人都可以發(fā)射衛(wèi)星進(jìn)行有用的科學(xué)研究。在下個(gè)十年里，業(yè)余團(tuán)隊(duì)探索太空的步伐甚至有可能邁向近地軌道以外的深空。這種微衛(wèi)星被稱(chēng)為“立方體衛(wèi)星”，相關(guān)技術(shù)最早是1999年由BobTwiggs（當(dāng)時(shí)在斯坦福大學(xué)）和JordiPuig-Suari（加州州立理工大學(xué)）開(kāi)始發(fā)展的。Twiggs指出，大多數(shù)火

2、箭在將載荷送入軌道時(shí)，均有幾百千克（甚至更多）的冗余運(yùn)輸能力，因此他設(shè)想，是否可以將微衛(wèi)星搭載到這些火箭上。他還想弄清楚，微衛(wèi)星能否在軌道上生存足夠的時(shí)間，從而獲取有用的成果。13這兩個(gè)問(wèn)題均得到了肯定的回答。最初在斯坦福大學(xué)以及加州州立理工大學(xué)進(jìn)行的研發(fā)工作，如今已發(fā)展為立方體衛(wèi)星的通用標(biāo)準(zhǔn)，為這些新型的“大眾衛(wèi)星”規(guī)定了尺寸、形狀和重量的要求。最小的立方體衛(wèi)星，被稱(chēng)為1U級(jí)，每邊長(zhǎng)為10厘米，重量?jī)H為1.33公斤或更輕。稍大一些的2U級(jí)和3U級(jí)尺寸分別為20厘米和30厘米，最大重量為2.66公斤和4公斤。到目前為止，已有近100顆立方體衛(wèi)星升空，成功率約75%。其中

3、一半失敗的原因是運(yùn)載火箭沒(méi)有抵達(dá)軌道，其余大部分是由于軌道上的通訊或電力系統(tǒng)問(wèn)題。盡管立方體衛(wèi)星的發(fā)射成功率比大型衛(wèi)星要低一些，但由于成本明顯降低，所以相對(duì)來(lái)說(shuō)依然很合算。實(shí)際上，把迄今所有立方體衛(wèi)星的成本加起來(lái)，大概都沒(méi)有一顆商業(yè)通訊衛(wèi)星的發(fā)射成本高。立方體衛(wèi)星可以做什么？目前為止，大部分立方體衛(wèi)星的任務(wù)目標(biāo)都可歸為三個(gè)方面：進(jìn)行科學(xué)研究、研發(fā)新的太空技術(shù)、為教育和科學(xué)普及服務(wù)?？蒲蟹矫娴睦影ㄋ固垢４髮W(xué)的3U級(jí)QuakeSat1衛(wèi)星，于2003年發(fā)射，用于在外層空間探測(cè)可能是地震前兆的電磁信號(hào)。NASA于2006年發(fā)射的GeneSat-1衛(wèi)星，是一個(gè)設(shè)備齊全的生物

4、學(xué)實(shí)驗(yàn)室，用于研究太空環(huán)境對(duì)直接暴露的大腸埃希桿菌的影響。在密歇根大學(xué)開(kāi)發(fā)的“極光射電探測(cè)器”（RAX）于2010年發(fā)射升空，用于探測(cè)電離層的等離子體的性質(zhì)，這些等離子體會(huì)干擾航天器的通訊信號(hào)。主要用于開(kāi)發(fā)新式太空技術(shù)的立方體衛(wèi)星包括NanoSail-D2，一個(gè)于2011年初部署的3U級(jí)立方體衛(wèi)星，它成功地展開(kāi)了NASA的第一具空間太陽(yáng)帆?！岸嘤猛居谰孟垫湣毕到y(tǒng)（MAST），由Tethers13Unlimited公司開(kāi)發(fā)，于2007年發(fā)射。它由三顆1U級(jí)立方體衛(wèi)星組成，并通過(guò)一根1000米長(zhǎng)的系鏈相連接。中間的衛(wèi)星可以沿著系鏈上下移動(dòng)，拍攝圖片，以檢查空間碎片對(duì)系鏈造成

5、的損害。不過(guò)由于系鏈部署和對(duì)地通訊方面的問(wèn)題，這項(xiàng)任務(wù)只取得了部分成功。另外，由多倫多大學(xué)開(kāi)發(fā)的CanX-2立方體衛(wèi)星于2008年升空，并取得了更大的成功，它首次實(shí)現(xiàn)了使用冷氣體推進(jìn)器變軌。第三類(lèi)主要用于教育目的。一些學(xué)生制作的立方體衛(wèi)星從未打算發(fā)射升空，僅用一輛二手車(chē)的價(jià)錢(qián)就能制造一個(gè)功能齊全的立方體衛(wèi)星，這很值得。（與此類(lèi)似，一些望遠(yuǎn)鏡制造者愿意花更多的時(shí)間研制設(shè)備，而非用它觀測(cè)。）在這一類(lèi)別中，韓國(guó)藝術(shù)家HojunSong的立方體衛(wèi)星頗不尋常，它攜帶高功率的LED燈，可以通過(guò)閃爍的方式播送地面的業(yè)余無(wú)線電愛(ài)好者編制的摩爾斯碼信息。日本的FITSAT-1衛(wèi)星也采用了

6、類(lèi)似的理念，它由國(guó)際空間站于2012年釋放入太空，它的LED燈在美國(guó)、歐洲以及日本的上空閃爍。13最后，我還要提到我的公司在立方體衛(wèi)星教育領(lǐng)域的努力。我們的SkyCube衛(wèi)星計(jì)劃于今年年底發(fā)射，如果獲得成功，它將是首顆由大眾籌資進(jìn)入軌道的衛(wèi)星。它將在915MHz的頻率從太空廣播120字節(jié)的信息，同時(shí)還可以拍攝VGA制式的地球影像，贊助者們通過(guò)智能手機(jī)就能得到這些圖片。在這項(xiàng)90天任務(wù)的最后，SkyCube還會(huì)為一個(gè)3米的氣球充氣，從而利用大氣阻力脫離軌道而墜落，以避免成為太空垃圾，肉眼就可以看見(jiàn)這個(gè)氣球。進(jìn)入軌道目前，在太空部署立方體衛(wèi)星有兩種途徑。一種是將其搭載于更大

7、的衛(wèi)星上捆綁發(fā)射，當(dāng)主要載荷釋放后，次要載荷就會(huì)通過(guò)一個(gè)名為“多微衛(wèi)星軌道部署裝置”（P-PODs）的彈簧裝置釋放，它可以將多顆微衛(wèi)星釋放到逐漸遠(yuǎn)離主要載荷的軌道上。大部分立方體衛(wèi)星都是采用這種方式發(fā)射的。還有一種新型部署方式，即通過(guò)國(guó)際空間站來(lái)釋放。它由日本的“微衛(wèi)星軌道部署裝置”來(lái)完成，該裝置于2012年7月被送入國(guó)際空間站。從國(guó)際空間站釋放立方體衛(wèi)星的成本遠(yuǎn)低于由運(yùn)載火箭搭載發(fā)射，不過(guò)這只能將衛(wèi)星送入國(guó)際空間站附近的軌道。捆綁發(fā)射單顆1U級(jí)立方體衛(wèi)星的成本大約為10萬(wàn)美元，2U、3U級(jí)的成本是其兩至三倍，而從國(guó)際空間站釋放的成本則只