微纳卫星

微纳卫星概念介绍

微纳卫星概念

在小卫星分类中,纳卫星的质量为1~10kg;皮卫星的质量为0.1~1kg。有人认为这样小的卫星用处不大,没有研究价值,在小卫星技术发展的早期,纳卫星也只做些简单的空间实验,而皮卫星几乎仅作为物理概念存在,发射数量极少。1999年美国斯坦福大学汤姆·肯尼(Tom Kenny)教授根据多年对皮卫星研究积累的经验,提出了一种新概念的皮卫星——质量为1kg,结构尺寸为10cm×10cm×10cm的正立体。这种皮卫星被称为立方体星,又称为1个立方体星单元(1U),由若干个单元(nU)可以组成纳卫星。

 

微纳卫星发展过程

立方体星从概念产生到如今得到大力发展已有十几年了,大约可分为下列三个发展阶段。

  • 概念深化和方案设计与研究阶段

新的立方体星概念出现以后,首先得到了许多大学和研究机构认可,进行开发和研究。从立方体星概念产生至2003年的3年多时间里,据初步估计,全球约有60~70所大学和研究机构,包括美国波音公司空间研究中心、美国国家航空航天局(NASA)、艾姆斯研究中心等,都加入到立方体星开发研究行列中。特别是美国的大学,立方体星成为影响最大的小卫星研究项目。此后,国际上对立方体星的研究逐渐形成一股热潮。

名称 研制大学 单元 备注
Canx-1 多伦多大学 1U 通信故障
AAU CubeSat 奥尔堡大学 1U 成功
DTUSat 丹麦技术大学 1U 通信故障
QuakeSat 斯坦福大学 3U 2.5年
Cute-1 东京工业大学 1U 成功
CubeSat XI-IV 东京大学 1U 成功

空间演示试验与应用阶段

世界第一批立方体星于2003年6月30日成功发射,总共6颗,它们包括:日本2颗(CUTE-1,XI-IV),丹麦2颗(AAU-Cubesat,DTUSat),加拿大1颗(CanX-1),这5颗卫星质量均为1kg;美国1颗地震预测立方体纳卫星(QuakeSat-1),重量为4.5kg。立方体纳卫星易于实现标准化、模块化,易于技术更新,研制周期短,经济成本低,特别是应用在分布式空间系统更能发挥其作用,并能推广到军事应用。从2003年至今的10年中,全世界发射了200多颗立方体星,失败的不足其10%,而且有不少是运载火箭及其分离机构故障造成的。

商业运营

  • 商业公司(Pumkin Inc、GomSpace、Clyde、ISIS)
  • 产品标准化、模块化、商业化
  • 性能改进(姿控、电源、数传、载荷)

队伍壮大

  • 更多高校加入(2010年约100所高校)
  • 科研机构加入(波音研究中心、NASA艾姆斯研究中心)
  • 大量新型技术展开在轨飞行验证

用户采购

  • 2008年,美国国家侦察局(NRO)批量采购进行先进技术在轨试验与验证(Pumkin Inc12颗、波音采购48颗)

交流活跃

  • 定期举行大型国际学术会议
    • 美国:CubeSat Developers (每年2次)
    • 日本:Nanosatellite Symposium(每年1次)
    • 欧洲:European CubeSat Symposium(每年1次)
  • 2011年NASA立方体卫星发射倡议(12颗、12颗、33颗)
  • 至今已如果200多颗,其中2013年发射100多颗,90%成功

科学试验

  • 微生物空间试验、新型材料试验、新技术验证
  • 空间环境探测(大气层、电离层、地磁场)

军民应用

  • 农作物监测、海上空中移动目标监测(AIS,ADS-B)
  • 空间碎片监测、对地遥感成像(星座)
  • 快速响应技术(ORS-2、3)
名称 研制机构/时间 单元 性能与特点
QuakeSat 斯坦福大学/2003 3U 观测记录极低频率的地震预兆数据
Delfi-C3 代尔夫特/2008 3U 无线太阳敏感器、超薄太阳电池片
NanoSail-D NASA艾姆斯/2010 3U 验证太阳帆技术,太阳帆面积10m2
MAST 斯坦福大学/2007 3U 验证卫星绳系技术
遥感与创新纳星 东京大学/2009 8U 验证获取10-30m光学遥感技术
MayFlower 南加州大学/2010 3U 验证高速率通信技术(0.3-5Gbps)
Canx-2 多伦多大学/2009 3U 验证新型微推进系统
AISSAT-1 挪威国防研究所/2010 6.5U 监视挪威海上舰船目标(AIS)

名称

国别/时间

单元

性能与特点

O/OREOS

美国/2011

5U

 微生物和有机物在轨科学实验

Jugnu

印度/2011

3U

 农业与灾害监测,近红外相机

DICE

美国/2011

1.5U×2

 绘制地磁风暴等离子增强密度

UniCubeSat-GG

意大利/2012

1U

研究高层大气热物理学,重力梯度杆长3m

STARE-A

美国/2012

3U×2

观测和跟踪空间碎片大小,光学成像系统

STRaND-1

英国/2013

3U

培养与训练技术人员的卫星设计研制能力

TetherSat

美国/2014

1.5U×2

验证空间绳系电推进性能,绳长1km

CINEMA-2

美韩英/2014

3U

观测粒子、中子、电子提供重要天气观测数据