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立方衛星

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挪威 Ncube-2 立方衛星(10cm 方塊)

立方衛星(英語:CubeSat[1])是一種用於太空研究的小型衛星,10cm×10cm×10cm为每一标准单位,而每单位重量不超过1.33公斤,每一个立法卫星的体积和重量都是体积的倍数。[2][3]截至2021年5月,人类已发射超过3000枚立方卫星,其中有2900多个成功部署至轨道,90多个因发射失败而被摧毁。[4]

1999 年,加州理工州立大學史丹佛大學制定了立方衛星的標準,以促進和發展設計,製造和測試用於近地軌道(LEO)的小型衛星所需的技術,這些技術具有多種科學性研究功能和探索新的空間技術。2013 年以前,立方衛星大多由學術界發射,而到了 2014 年,大多數新部署的立方衛星用於商業或業餘项目。[4]

截至 2019 年 1 月,每年推出和計畫的立方衛星 [5]
截至 2018 年底,發射的立方衛星总数[6]

歷史[编辑]

1999年兩位立方衛星之父,美國加州州立理工大學的喬迪‧普格-蘇亞里(Jordi Puig-Suari),和史丹佛大學的鮑勃‧特維格斯(Bob Twiggs),希望讓大學生與研究生可以簡單設計製造小型衛星,因此提出立方衛星的概念,並定義出立方衛星最基本的架構單位。

臺灣立方衛星發展史[编辑]

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2001年初,當時為國家高速電腦中心主任的莊哲男教授,開設「衛星系統設計」專題課程,透過遠距教學,在美國德州農工大學成功大學工程科學系及國家高速電腦中心三地進行同步教學,課程的專題是實際設計一枚立方衛星。剛好當時美國史丹佛大學正在推動合資發射立方衛星的計畫,設計立方衛星就從課堂作業延伸出來,變成實體衛星的發展計劃,由國家太空中心主導的臺灣第一枚自製立方衛星─番薯號页面存档备份,存于互联网档案馆)。番薯號原訂在2003年升空,因故未能成行,但製作番薯號的技術與經驗,透過課程的方式傳承給大學與研究所。[7]

2017年4月18日,鳳凰立方衛星由國立成功大學參與由歐盟QB50計畫所製作的立方衛星,也是台灣第一枚成功發射與運作的2U立方衛星。歐盟QB50項目页面存档备份,存于互联网档案馆)展示由世界各地的CubeSat團隊建立的由50個CubeSats組成的網絡的可能性,以在尚未開發的中低層熱圈(約90公里–350公里)中進行一流的科學和在軌實驗。

2021年1月24日,立方衛星計畫由台灣團隊自主研製的二加一顆立方衛星「飛鼠」、「玉山」及「堅果」(飛鼠衛星屬於3U衛星,重量4.4公斤、玉山衛星屬於1.5U衛星,重量1.6公斤、堅果衛星隸屬2U衛星,重量未知,預計2022年發射升空),搭乘 SpaceX 獵鷹九號火箭,於美國卡納維爾角基地順利升空,總共143顆是Space X火箭首次搭載這麼多顆衛星的發射任務[8][9]。25日,國家太空中心晚上表示,兩顆衛星今早10時和晚上8時各通過台灣上空一次,但基地台都沒有收到衛星傳回地面的訊號。不過有國外基地台收到訊號,推測可能是我國訊號接收面盤架設角度不對,或衛星電力不足,將於明早10時再度嘗試通聯[10]。27日,太空中心主任林俊良表示,早上10點在桃園大溪站接收到飛鼠衛星訊號,中央大學團隊正在解碼中;玉山衛星則因體積小、訊號不強,傳回台灣的訊號微弱,仍不足判讀衛星狀態。挪威、加拿大等國地面站已收到玉山的訊號,推估是台灣的地面站「太接近地面」,玉山的地面站在新竹太空中心樓頂,飛鼠的地面站則在中央大學裡,海拔高度都太低,不像他國設在高山上,影響訊號接收情形,粗估要一個月時間,才能把衛星資訊做得更好[11]。玉山衛星任務壽命6個月(已於同年7月24日屆滿),雖國際上仍能收到其訊號,但無法破譯出訊息。國研院太空中心於同年10月13日正式宣佈玉山衛星任務終止,正式退役[12]。飛鼠衛星則於9月退役[13]

設計[编辑]

立方衛星的基於標準化、低成本、容易設計建構的概念,有一個最小的基本單位稱為1U,是指重量不超過1.33公斤,長寬高為10公分的立方體。[14]

規格 尺寸(cm³) 重量規格(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


立方衛星體積較小,依重量分類,大多屬於奈米或皮米的衛星等級,重量約在10公斤以下。[15]

人造衛星重量分類表
人造衛星等級 重量(kg)
大衛星 >1000
中型衛星 500~1000
小衛星 <500
迷你衛星 100~500
微衛星 10~100
奈米衛星 1~10
皮米衛星 0.1~1
飛米衛星 0.001~0.1

結構[编辑]

計算[编辑]

姿態控制[编辑]

推進[编辑]

冷流噴射推進[编辑]

化學推進[编辑]

電力推進[编辑]

太陽帆[编辑]

電力[编辑]

通訊[编辑]

天線[编辑]

熱控制[编辑]

花費[编辑]

值得注意的計畫[编辑]

國際計畫[编辑]

QB50[编辑]

QB50計畫是欧洲空间局委由比利時的馮‧卡門學院流體力學研究所(von Karman Institute for Fluid Dynamics, VKI)主導,吸引到五大洲、16個不同國家之近50所大學及研究機構參與的跨國計畫。任務是進行热层下部(約90km-350km)及大氣重返的資料蒐集與相關物理研究。計畫最後成功升空的衛星共計36枚,其中28枚在2017年4月18日搭乘Cygnus CRS OA-7到國際太空站並隨後由太空人佈放,另外8枚在同年5月由極軌衛星運載火箭發射。分別是台灣成功大學1枚,還有澳洲3枚、南非2枚、中國大陸4枚、德國2枚、西班牙1枚、捷克1枚、芬蘭1枚、英國2枚、法國2枚、奧地利1枚、義大利1枚、希臘2枚、以色列1枚、南韓3枚、瑞典1枚、土耳其2枚、立陶宛1枚、烏克蘭1枚與美國4枚。

參考來源[编辑]

  1. ^ NASA Venture Class procurement could nurture, ride small sat trend. Space News. 8 June 2015. 
  2. ^ CubeSat Design Specification Rev. 13页面存档备份,存于互联网档案馆), 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]. (原始内容 (PDF)存档于2021-03-18). 
  4. ^ 4.0 4.1 CubeSat Database – swartwout. sites.google.com. [2015-10-19]. (原始内容存档于2021-01-25).  引用错误:带有name属性“database”的<ref>标签用不同内容定义了多次
  5. ^ Nanosatellites by launch years. nanosats.eu. [2019-01-19]. (原始内容存档于2021-02-08). 
  6. ^ Total CubeSats Launched. nanosats.eu. [2019-01-19]. (原始内容存档于2021-02-08). 
  7. ^ 方振洲. 發射臺灣的立方衛星 (PDF). 科學發展. 2016, (517): 60-66. 
  8. ^ 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科技新報. 2021-01-24 [2021-01-25]. (原始内容存档于2021-02-26). 
  9. ^ 立方衛星計畫 - 國家太空中心. www.nspo.narl.org.tw. [2021-02-18]. (原始内容存档于2021-02-06) (中文(臺灣)). 
  10. ^ 飛鼠衛星、玉山衛星與台灣失聯 太空中心推測2原因. 聯合報. 2021-01-25 [2021-01-26]. (原始内容存档于2021-01-30). 
  11. ^ 好消息!大溪站收到飛鼠衛星訊號 中央大學解碼中. 聯合報. 2021-01-27 [2021-01-27]. (原始内容存档于2021-02-05). 
  12. ^ 玉山衛星正式退役國家實驗研究院國家太空中心 2021-10-13
  13. ^ 立方衛星計畫页面存档备份,存于互联网档案馆)國家實驗研究院國家太空中心
  14. ^ 方振洲. 臺灣立方衛星的過去、現在與未來. 科學月刊. 2020, (610期) [2021-01-24]. (原始内容存档于2021-01-29). 
  15. ^ 苗君易、Artur Scholz、莊智清、蔡永富. 衛星能多小─皮米及奈米衛星 (PDF). 科學發展. 2011, (457): 51-55 [2022-07-11]. (原始内容 (PDF)存档于2021-01-30). 

参考链接[编辑]