行業 | 立方衛星（CubeSats）技術

2020-09-22 測繪學報

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文章轉載自微信公眾號：中國測繪學會 ，本文內容摘自《中國測繪》2020年第8期。版權歸原作者及刊載媒體所有，所刊載內容僅供交流參考使用，不代表本刊立場。

ESA正越來越多地利用小型「立方體衛星」納米衛星。它們被用於微型技術的在軌演示（IOD）、小型有效載荷驅動的任務以及ESA教育活動。

什麼是立方體衛星？

這些納米衛星的重量通常在1kg~10kg之間，並遵循流行的"CubeSat"標準，該標準在10x10x10cm的多個立方單位內定義衛星的外部尺寸。例如，一個3個單元的CubeSat尺寸為10x10x30cm，重約3kg~4kg。通常，這是最小尺寸，可以容納較小的技術載荷。

Radcude

固定衛星機身的尺寸可以促進高度模塊化、高度集成的系統，在該系統中，衛星子系統可以從許多不同的供應商處以「現成的商用」產品來購買，並可以根據任務的需要組裝在一起。此外，標準尺寸還使CubeSats能夠在容器內順利駛入軌道，這簡化了發射器上的艙位並最大程度地減少飛行安全問題、增加發射機會、並保持了較低的發射成本。由於其高度的模塊化和廣泛使用現成的子系統，與傳統的衛星時間表相比，CubeSat項目可以更快地進入飛行階段，通常需要一到兩年的時間。

為什麼ESA對CubeSats感興趣？

QARMAN Cubesat

CubeSats已經證明了其作為教育工具的價值。此外，它們在ESA看來具有各種充滿前景的應用：

作為系統、「系統級晶片」的徹底小型化的驅動力，以及它全新的封裝和集成方法、多功能結構、嵌入式推進。

作為展示此類技術以及諸如編隊飛行、仔細檢查或會合和對接等新技術的一種經濟實惠的手段。

作為進行分布式多個原位測量的機會，例如同時獲取空間環境的多點觀測結果（可能包括熱層、電離層、磁層或帶電粒子通量）。

作為使用小型有效載荷的一種手段，例如，非常緊湊的無線電接收器或光學相機，其中潛在的性能缺陷可能會通過大量衛星（例如星座或衛星群）在很大程度上得到彌補。

作為增強太陽系探索能力的一種手段，例如，可以與多個目標（例如近地天體）會合的獨立艦隊，或者由較大的太空飛行器攜帶並投入到目的地（例如，月球、小行星/彗星、火星）。

技術在軌演示（IOD）-CubeSats

Picaosso CubeSat

自2013年以來，歐空局已啟動了由「通用支持技術計劃」（GSTP）的「在軌示範」部分資助的許多"Qubesat"任務。IOD的第一個項目如下：

GOMX-3（由丹麥Gomspace領導）：

一個3單元的CubeSat任務，使用L波段可重配置軟體定義的無線電有效載荷，演示飛機ADS-B信號接收和對地靜止電信衛星點波束信號質量。由Syrlinks開發並由法國航天局CNES資助的微型高數據速率X波段發射機作為第三方有效載荷飛行。衛星於2015年10月5日從國際空間站投入使用，成功運行了一年後重新進入地球大氣層。

GOMX-4B（由丹麥Gomspace領導）：

一個6單元的CubeSat任務，與GOMX-4A（由Gomspace為丹麥國防部開發）一起飛行時，演示了衛星間連結和推進技術。該任務還攜帶了其他技術載荷：HyperScout緊湊型高光譜成像儀（荷蘭Cosine），新的恆星跟蹤儀（荷蘭空間創新解決方案）以及ESACHIMERA實驗，該實驗將新的電子組件暴露在太空中。衛星於2018年2月2日發射，任務於2018年12月成功完成。Gomspace繼續從其位於盧森堡的設施運營衛星，收集長期性能數據並進行其他基於軟體的實驗。

QARMAN（由比利時馮?卡曼研究所領導）：

一個3單元的CubeSat任務，用於演示重返技術，特別是新穎的隔熱板材料、新的被動空氣動力阻力穩定系統以及在重返過程中通過低地軌道的中繼衛星傳輸遙測數據。衛星已經發射到國際空間站，並於2020年初投入使用。

SIMBA（由比利時皇家氣象學院領導）：

一個3單位的CubeSat任務，用小型輻射計儀器測量太陽總輻射和地球輻射收支的氣候變量，並演示由天主教魯汶大學（KULeuven）開發的新型精確指示系統，該系統於2020年3月在Vega小衛星任務服務（SSMS）概念驗證飛行中發射。

畢卡索（由比利時太空飛行研究所（VTTFinland）和英國克萊德太空（ClydeSpace，UK）領導）：

一個3單元的CubeSat任務，使用可以測量太陽星盤的微型多光譜成像儀和多針Langmuir探針測量平流層臭氧分布、中間層溫度分布和電離層中的電子密度，於2020年3月在Vega小衛星任務服務（SSMS）概念驗證飛行中發射。

RadCube（由C3S與匈牙利的MTAEK，英國的倫敦帝國理工學院和波蘭的Astronika共同領導）：

一個3單元的CubeSat任務，用於演示微型儀器技術，這些技術可以在低地軌道上現場測量空間輻射和磁場環境以用於太空天氣監控。C3S開發的平臺也將在飛行中進行演示。該項目目前處於系統組裝、集成和驗證階段，計劃於2021年進行飛行。

PRETTY（由RUAGAustria與格拉茨技術大學（TUGraz）和SeibersdorfLaboratories共同領導）：

一個3單元的CubeSat任務，使用新軟體定義的GNSS接收器演示用於低入射角的GNSS反射測量技術，用於測高（主要用於海冰檢測）。另外，還將在飛行中測試小型的輻射劑量計。該項目目前處於詳細ii階段。

Sunstorm（由芬蘭的Reaktor太空實驗室領導，其有效載荷來自芬蘭-英國財團）：

這款由2個單元組成的CubeSat將展示一種高度小型化的太陽X射線通量監測儀（XFM）技術，用於太空天氣監測和預報，計劃於2021年飛行。

GomX-5（由GomSpace領導，來自歐洲工業的有效載荷）：

將展示適用於12單元CubeSat平臺的下一代星座相關技術，包括電力推進、高速星際連結、帶有反射陣列高增益天線的高速率波段下行鏈路發射機以及計劃於2022年發射的高精度衛星導航接收器。

RACE（由GomSpace與GMV.Almatech和Micos共同領導）：

交會自主Cubesats實驗，是一個突破性的系統，展示了具有兩個6單元CubeSat的自主交會和對接演習。其利用新的小型化技術，包括6自由度微推進、緊湊型導航傳感器和微基座系統，RACE計劃於2022年飛行。

CubeSpec（由KULeuven與Amos和SpaceInventor共同領導）：

是一項高度創新的任務，旨在展示6單元CubeSat的高光譜光譜學，其第一個科學案例是天文地震學，進而可以改進以實現其他用途例如系外行星過境等。視線穩定技術及其3軸定位系統可在閉環中實現所需的弧秒定位精度，定於2023年發射。

M-ARGO（由GomSpace和米蘭理工大學共同領導）：

是能夠與近地物體匯合的獨立12單元CubeSat，可將進入深空任務的成本降低一個數量級，這表明歐洲目前的小型化技術包括高比衝電動推進、帶有反射陣列高增益天線的X波段深空應答器、大功率可控太陽能陣列和冷氣反應控制系統。

文章來源於EuropeanSpaceAgency（ESA）官網Enabling&Support專欄；

譯者：一景，荷蘭對地觀測公司（NEOBV）遙感地信諮詢顧問

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