藏文科普 | 能否在一個10釐米見方的立方體裡面實現衛星的全部功能？

作者/任維佳

立方星是什麼

立方星最初是由加州理工大學和史丹福大學的一個團隊於1998年發起的。當時兩所大學的教授們提出「能否在一個10釐米見方的立方體裡面實現衛星的全部功能？」，由此發動了多個團隊研製這樣的衛星，並命名為CubeSat（立方星）。同時為了便於不同團隊之間的協同，他們還制定了一套標準，大家都依照同一個標準來做。沒過幾年，這一目標果然實現了。2003年，第一顆立方星發射升空。

所謂「麻雀雖小，五臟俱全」。立方星儘管體積小，但大衛星需要的系統包括星務管理、通信、電源、姿態確定與控制、結構熱控、載荷等，它身上全都有。不同的衛星任務決定了星上載荷的不同，從而對其他分系統的要求也不同，因此，立方星會根據具體的情況進行不同的設計。現在的立方體衛星經過不斷發展，也逐漸由最初的1U（即10cm*10cm*10cm）逐步拓展到2U、3U、6U、12U等。這次陪同洞察號前往火星的「瓦力」「伊娃」，就是6U那麼大，相當於一個鞋盒大小。

具有優勢的立方星

與傳統衛星相比，立方星至少在三個方面有明顯不同：一是工業級器件的廣泛應用，二是標準化、批量化的部件生產，三是大幅度簡化的系統和流程。

首先，傳統航天任務中，高等級器件佔用了至少1/3的成本。在工業領域幾十、幾百元一個的晶片，其宇航級產品往往造價高達十幾萬甚至幾十萬，所以同樣功能的一件設備，航天產品往往比地面民用或軍用產品成本高出一兩個數量級。

立方星在最初是基於教學和科研目標提出的，因此衛星的成敗並不是一件很重要的事情，所以在一開始就主要依靠地面工業級器件，同時只追求相對短的在軌壽命。但在實踐過程中，立方星自身技術的發展使得其在軌實際壽命不斷提高，在保持低成本的同時逐步彌補了其壽命短板。

其次，傳統航天任務往往軍民結合，這使得各國的航天系統往往相對封閉。由於單個國家航天任務總量有限，因此各國的航天部組件都長期處於單件生產狀態，研製成本高居不下，同時產品的質量穩定性也受人為因素影響較大。

而立方星由於其本源上的教學和科研性質，相對容易地突破了國家界限，在此情況下，一批標準化部件已經實現了全球銷售，總銷售量的上升推動生產商實現了小批量生產。藉助於現代工業的批量化生產手段，產品的一致性得以顯著提升，同時成本也進一步下降。

第三，傳統航天產品一般在各層級都有冗餘備份，從電路板上的電路備份，到設備中的板卡和模塊備份，再到系統中的設備備份，層層備份實現了太空飛行器的高可靠性，同時也極大地推高了太空飛行器總成本—不僅在體系上面有備份，在研製流程上，傳統航天也規劃了模樣件、初樣件、正樣件三套產品。

應該說，三階段的研製流程在確保最終產品的極高可靠性方面是非常必要的，但毫無疑問這也使得產品成本進一步翻番。立方星技術從一開始就反其道而行之，以「最簡單的就是最可靠的」為核心理念，不僅從系統設計層面放棄一切備份，做最簡系統，還從研製流程層面只做一套產品。

通過這兩方面的簡化，在犧牲部分可靠性的情況下，使得衛星成本大幅度降低。

立方星在最初是基於教學和科研目標提出的