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群通信与立方体卫星:纳米卫星优势与挑战的最新进展

2018年10月10日通过加里Elinoff

纳米卫星重量轻、价格低廉、易于发射和更换，是越来越主流的微型空间运载工具，带来了新的进展和独特的挑战。

微型卫星，或立方体卫星，是微小的轨道空间运载工具，其特点不仅是体积小、重量轻，而且往往由廉价的、现成的商业级组件制成。与典型的卫星相比，纳米或微型卫星更容易制造，以至于许多最早的纳米卫星最初被用作教学工具。raybet电子竞技竞猜

NanoRacks立方体卫星。图片由美国国家航空航天局

下面我们来看看纳米卫星的基本知识，包括它们在当今航天工业中的应用。

微型卫星的好处

典型的微型卫星的基本单位尺寸(1 unit，或1U)是长、宽、高10厘米，体积为1升。该设备的重量约为1.33公斤。最常见的配置是1U、1.5U、2U或3U，如下图所示。

信息图表摘录由卡尔泰特，信息图表艺术家，通过Space.com

空间和重量限制是航空设计师面临的主要挑战之一。虽然从理论上讲，微型卫星对初始燃料成本的要求要低得多，但发射一颗立方体卫星仍将花费数千美元。正因为如此，当大型航天器被发射到太空时，微型卫星经常“搭顺风车”，为微型卫星进入轨道提供了一个低成本的机会。

根据一项nanosatellite数据库由纳米卫星系统工程师埃里克·库鲁创造截至2018年8月，已发射2000多颗此类卫星。卫星发射爆炸的部分原因是强大的私营部门在太空业务，主要从立方体卫星开始。

由于使用非太空加固组件，微型卫星的寿命往往有限。然而，这可能并不总是一个缺点，因为这些微小、廉价的运载工具经常被用来测试新型的空间硬件概念，例如新的天线和通信方式。在太空中长寿设计是一个复杂的问题“航行者”号项目已经游行了几十年了。

用于改善通信的纳米卫星

美国宇航局和美国空军已经授予西蒙·D中保他是哈佛大学的助理教授斯坦福大学资助为纳米卫星“群”开发自主导航导航。

受无线电波速度的限制，地球上的控制站与空间内的立方体卫星之间的通信不可避免地存在着延迟时间。“蜂群”成员之间的距离将很小，因此更精细的控制将受到影响，因为大多数决策可以在本地做出，只有偶尔参考地面站的指令变化和报告。

除了通信方面的好处，在许多小卫星上分配能力在很多方面都比把你所有的“鸡蛋”放在几百万美元的篮子里要好，特别是如果你是军人。由于立方卫星的外形很小，它们比那些较大的同类卫星更难被追踪，而且每一个立方卫星都可能被认为比单个大型卫星更容易被丢弃。

蜂群设备的概念对军队来说并不新鲜。事实上，值得思考的是，是立方体卫星群激发了在地球上使用蜂群无人机的灵感，还是相反。DARPA的小精灵项目涉及从大型飞机上释放的无人驾驶空中系统(UASs)。这些小型无人机被设计成一个协作网络，以完成侦察和防御饱和等目标。

立方卫星的类比是显而易见的。联网使得失去一架无人机不重要，因为网络中的其他无人机可以承担它的功能，就像立方体卫星的例子一样。

红隼眼微型卫星的效果图。图片使用的礼貌美国陆军

今年6月,詹姆斯·迪金森中将在美国陆军2018年太空和网络研讨会上发表讲话关于小卫星在军事行动中的作用，现在和未来。Dickinson在发布会上说:“我们设想了一个微型卫星星座，为士兵和小队提供集成的态势感知和任务指挥能力。”

单个的纳米卫星也被证明是重要的。8月看到了红隼之眼发射这是一种光电纳米卫星，旨在改善团队同步运动等行星端的通信。这可能是未来几年甚至通用卫星可能缩小规模的趋势的一部分。

微卫星群:优势和监管难题

不仅仅是军方在寻求利用纳米卫星。

群技术它的使命从名字就可以看出来，因为它希望发射卫星群，主要有两个目的。第一个是为世界上其他任何方式都无法服务的地区提供免费的互联网接入。

第二个目的是作为物联网(IoT)的管道。正如该公司所指出的，预计到2020年，物联网设备将超过300亿台。这将为这些设备的互联网连接创造巨大的需求，其中许多设备位于偏远、无法访问的地区。该公司希望部署一个由100颗卫星组成的“星座”，以提供低成本的全球互联网连接。

太空蜜蜂甚至比立方体卫星还要小。图片由群技术

群技术然而，也有一个令人怀疑的区别，那就是第一个被引为违反有关太空通道污染的规定的公司。该公司计划发射4颗小型SpaceBEE卫星，它们甚至比立方体卫星还要小。问题是，这些运载工具被认为太小，无法被美国太空监视网络(一个负责跟踪所有轨道卫星的国防部实体)有效跟踪。

考虑到一些重要的修改将会消除这个问题，这些单位从印度低地轨道飞行器((近地轨道)火箭以及许多其他大小不同的卫星。

你有设计微型卫星的经验吗?请在下面的评论中分享你的想法。