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立方卫星

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挪威 Ncube-2 立方卫星(10cm 方块)
挪威 Ncube-2 立方卫星(10cm 方块)

立方卫星(英语:CubeSat[1])是一种用于太空研究的小型卫星,由 10 cm×10 cm×10 cm 立方单位的倍数组成[2]。每单位的立方卫星重量不超过 1.33 公斤[3],并经常使用商业现货组件作为电路和结构。立方卫星常由国际空间站上的人员部署进入轨道,或作为发射载具上的次级有效载荷[4]。截至 2021 年 5 月,人类已发射超过 3000 枚立方卫星,其中已有 2900 多个成功部署至轨道、90 多个因发射失败而被摧毁[5]

1999 年,加州理工州立大学史丹佛大学制定了立方卫星的标准,以促进和发展设计,制造和测试用于近地轨道(LEO)的小型卫星所需的技术,这些技术具有多种科学性研究功能和探索新的空间技术。2013 年以前,立方卫星大多由学术界发射,而到了 2014 年,大多数新部署的立方卫星用于商业或业余项目。[4]

截至 2019 年 1 月,每年推出和项目的立方卫星 [6]
截至 2019 年 1 月,每年推出和项目的立方卫星 [6]
截至 2018 年底,发射的立方卫星总数[7]
截至 2018 年底,发射的立方卫星总数[7]

历史

1999年两位立方卫星之父,美国加州州立理工大学的乔迪‧普格-苏亚里(Jordi Puig-Suari),和史丹佛大学的鲍勃‧特维格斯(Bob Twiggs),希望让大学生与研究生可以简单设计制造小型卫星,因此提出立方卫星的概念,并定义出立方卫星最基本的架构单位。

台湾立方卫星发展历史

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2001年初,当时为国家高速电脑中心主任的庄哲男教授,开设“卫星系统设计”专题课程,透过远距教学,在美国德州农工大学成功大学工程科学系及国家高速电脑中心三地进行同步教学,课程的专题是实际设计一枚立方卫星。刚好当时美国史丹佛大学正在推动合资发射立方卫星的项目,设计立方卫星就从课堂作业延伸出来,变成实体卫星的发展计划,由国家太空中心主导的台湾第一枚自制立方卫星─番薯号。番薯号原订在2003年升空,因故未能成行,但制作番薯号的技术与经验,透过课程的方式传承给大学与研究所。[8]

2017年4月18日,凤凰立方卫星由国立成功大学参与由欧盟QB50项目所制作的立方卫星,也是台湾第一枚成功发射与运作的2U立方卫星。欧盟QB50项目展示由世界各地的CubeSat团队建立的由50个CubeSats组成的网络的可能性,以在尚未开发的中低层热圈(约90公里–350公里)中进行一流的科学和在轨实验。

2021年1月24日,立方卫星项目由台湾团队自主研制的两颗立方卫星“飞鼠”、“玉山”(飞鼠卫星属于3U卫星,重量4.4公斤、玉山卫星属于1.5U卫星,重量1.6公斤),搭乘 SpaceX 猎鹰九号火箭,于美国卡纳维尔角基地顺利升空,总共143颗是Space X火箭首次搭载这么多颗卫星的发射任务[9][10]。25日,国家太空中心晚上表示,两颗卫星今早10时和晚上8时各通过台湾上空一次,但基地台都没有收到卫星传回地面的讯号。不过有国外基地台收到讯号,推测可能是我国讯号接收面盘架设角度不对,或卫星电力不足,将于明早10时再度尝试通联[11]。27日,航天中心主任林俊良表示,早上10点在桃园大溪站接收到飞鼠卫星讯号,中央大学团队正在解码中;玉山卫星则因体积小、讯号不强,传回台湾的讯号微弱,仍不足判读卫星状态。挪威、加拿大等国地面站已收到玉山的讯号,推估是台湾的地面站“太接近地面”,玉山的地面站在新竹航天中心楼顶,飞鼠的地面站则在中央大学里,海拔高度都太低,不像他国设在高山上,影响讯号接收情形,粗估要一个月时间,才能把卫星信息做得更好[12]

设计

立方卫星的基于标准化、低成本、容易设计建构的概念,有一个最小的基本单位称为1U,是指重量不超过1.33公斤,长宽高为10公分的立方体。[13]

规格 尺寸(cm³) 重量规格(kg)
1U 10x10x11.35 1.33
1.5U 10x10x17.02 2.0
2U 10x10x22.7 2.66
3U 10x10x34.05 4.0
6U 10x22.62x36.6 12.0
12U 20x20x34.05 24


立方卫星体积较小,依重量分类,大多属于奈米或皮米的卫星等级,重量约在10公斤以下。[14]

人造卫星重量分类表
人造卫星等级 重量(kg)
大卫星 >1000
中型卫星 500~1000
小卫星 <500
迷你卫星 100~500
微卫星 10~100
奈米卫星 1~10
皮米卫星 0.1~1
飞米卫星 0.001~0.1

结构

计算

姿态控制

推进

冷流喷气推进

化学推进

电力推进

太阳帆

电力

通讯

天线

热控制

花费

值得注意的项目

国际项目

QB50

QB50项目是欧洲空间局委由比利时的冯‧卡门学院流体力学研究所(von Karman Institute for Fluid Dynamics, VKI)主导,吸引到五大洲、16个不同国家之近50所大学及研究机构参与的跨国项目。任务是进行热层下部(约90km-350km)及大气重返的资料搜集与相关物理研究。项目最后成功升空的卫星共计36枚,其中28枚在2017年4月18日搭乘Cygnus CRS OA-7到国际空间站并随后由宇航员布放,另外8枚在同年5月由极轨卫星运载火箭发射。分别是台湾成功大学1枚,还有澳洲3枚、南非2枚、中国大陆4枚、德国2枚、西班牙1枚、捷克1枚、芬兰1枚、英国2枚、法国2枚、奥地利1枚、意大利1枚、希腊2枚、以色列1枚、韩国3枚、瑞典1枚、土耳其2枚、立陶宛1枚、乌克兰1枚与美国4枚。

参考链接

  1. ^ NASA Venture Class procurement could nurture, ride small sat trend. Space News. 8 June 2015. 
  2. ^ CubeSat Design Specification Rev. 13, The CubeSat Program, Cal Poly SLO
  3. ^ Mehrparvar, Arash. CubeSat Design Specification (PDF). The CubeSat Program, CalPoly SLO. The CubeSat Program, CalPoly SLO. February 20, 2014 [March 25, 2017]. 
  4. ^ 4.0 4.1 CubeSat Database – swartwout. sites.google.com. [2015-10-19]. 
  5. ^ Kulu, Erik. Nanosatellite & CubeSat Database. Nanosatellite & CubeSat Database. [7 May 2021]. 
  6. ^ Nanosatellites by launch years. nanosats.eu. [2019-01-19]. 
  7. ^ Total CubeSats Launched. nanosats.eu. [2019-01-19]. 
  8. ^ 方振洲. 發射臺灣的立方衛星 (PDF). 科学发展. 2016, (517): 60-66. 
  9. ^ 台灣自製立方衛星飛鼠、玉山起飛了!SpaceX 火箭採取特殊「狗腿式發射軌跡」升空. TechNews科技新报. 2021-01-24. 
  10. ^ 立方衛星計畫 - 國家太空中心. www.nspo.narl.org.tw. [2021-02-18] (中文(台湾)). 
  11. ^ 飛鼠衛星、玉山衛星與台灣失聯 太空中心推測2原因. 联合报. 2021-01-25. 
  12. ^ 好消息!大溪站收到飛鼠衛星訊號 中央大學解碼中. 联合报. 2021-01-27. 
  13. ^ 方振洲. 臺灣立方衛星的過去、現在與未來. 科学月刊. 2020, (610期). 
  14. ^ 苗君易、Artur Scholz、庄智清、蔡永富. 衛星能多小─皮米及奈米衛星 (PDF). 科学发展. 2011, (457): 51-55. 
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