立方卫星
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立方卫星（英语：CubeSat[1]）是一种用于太空研究的小型卫星，10cm×10cm×10cm为每一标准单位，而每单位重量不超过1.33公斤，每一个立方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，加州理工州立大学和斯坦福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]
历史
[编辑]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），和斯坦福大学的鲍勃‧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。刚好当时美国斯坦福大学正在推动合资发射立方卫星的计划，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 （页面存档备份，存于互联网档案馆）。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。[7]
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计划所制作的立方卫星，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 （页面存档备份，存于互联网档案馆）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，立方卫星计划由台湾团队自主研制的二加一颗立方卫星“飞鼠”、“玉山”及“坚果”（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、坚果卫星隶属2U卫星，重量2.1公斤，预计2022年发射升空），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[8][9]。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[10]。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[11]。玉山卫星任务寿命6个月（已于同年7月24日届满），虽国际上仍能收到其讯号，但无法破译出讯息。国研院航天中心于同年10月13日正式宣布玉山卫星任务终止，正式退役[12]。飞鼠卫星则于9月退役[13]。
设计
[编辑]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。[14]
| 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。[15]
| 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
[编辑]计算
[编辑]姿态控制
[编辑]推进
[编辑]冷流喷气推进
[编辑]化学推进
[编辑]电力推进
[编辑]太阳帆
[编辑]电力
[编辑]通讯
[编辑]天线
[编辑]热控制
[编辑]花费
[编辑]国际计划
[编辑]QB50
[编辑]QB50计划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计划。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。计划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。
参考来源
[编辑]- ^ NASA Venture Class procurement could nurture, ride small sat trend. Space News. 8 June 2015.
- ^ 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
- ^ 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）.
- ^ 4.0 4.1 CubeSat Database – swartwout. sites.google.com. [2015-10-19]. （原始内容存档于2021-01-25）.
- ^ Nanosatellites by launch years. nanosats.eu. [2019-01-19]. （原始内容存档于2021-02-08）.
- ^ Total CubeSats Launched. nanosats.eu. [2019-01-19]. （原始内容存档于2021-02-08）.
- ^ 方振洲. 發射臺灣的立方衛星 (PDF). 科学发展. 2016, (517): 60-66.
- ^ 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 [2021-01-25]. （原始内容存档于2021-02-26）.
- ^ 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（台湾））.
- ^ 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 [2021-01-26]. （原始内容存档于2021-01-30）.
- ^ 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 [2021-01-27]. （原始内容存档于2021-02-05）.
- ^ 玉山卫星正式退役[失效链接]国家实验研究院国家太空中心 2021-10-13
- ^ 立方卫星计划 （页面存档备份，存于互联网档案馆）国家实验研究院国家太空中心
- ^ 方振洲. 臺灣立方衛星的過去、現在與未來. 科学月刊. 2020, (610期) [2021-01-24]. （原始内容存档于2021-01-29）.
- ^ 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 [2022-07-11]. （原始内容 (PDF)存档于2021-01-30）.
参考链接
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