卫星知识

立方星 CubeSat

一颗卫星可以只有纸巾盒那么大吗?1U 立方星边长约 10 厘米,标准零件像积木一样组合,让学生团队也有机会把自己的实验送上太空。

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立方星 CubeSat

一个约十厘米见方的小立方体,真的能成为卫星吗?立方星(CubeSat)证明了可以。

它是一类遵循统一尺寸和接口标准的小型航天器。最基本的 1U 单元横截面约为 10 厘米见方,早期标准质量约为 1.33 千克,后续规范已有调整。小小空间里可以装入电池、计算机、通信设备和小型仪器,完成真正的太空任务。

一只手掌托起的 1U 立方星结构:铰链式框架内装着电池与电路板,正是"人手可握、独立完成任务"的最佳写照(Svobodat,CC BY-SA 3.0)
一只手掌托起的 1U 立方星结构:铰链式框架内装着电池与电路板,正是"人手可握、独立完成任务"的最佳写照(Svobodat,CC BY-SA 3.0)

从大学课堂走出的标准

1999 年,加州州立理工大学的 Puig-Suari 教授与斯坦福大学的 Twiggs 教授共同提出这套标准,最初是为了让学生能在有限的时间和预算内完成卫星项目。

统一尺寸和接口带来了一个关键好处:火箭和释放器可以提前知道卫星的外形和安装方式。立方星于是能以“拼车”方式和主卫星一起发射,降低进入太空的门槛。

从国际空间站释放的 Qarman 立方星,正飘向地球上方(NASA)
从国际空间站释放的 Qarman 立方星,正飘向地球上方(NASA)

小立方,大用途

教学之外,立方星也用于对地观测、物联网通信、科学实验和新技术验证。基本单元还能组合成 2U、3U、6U 等更大规格,就像用同一种模块拼出不同尺寸的设备。

小并不意味着简单。立方星同样要面对真空、辐射和剧烈温差,还必须在极小的电力和通信预算中完成任务。

飞向深空

2018 年 5 月,NASA 的两颗 6U 立方星 MarCO-A 与 MarCO-B 随“洞察号”探测器飞往火星。在洞察号着陆阶段,它们把收到的信号转发回地球,成为首批前往深空的立方星。

它们并不是洞察号成功着陆所必需的设备,而是一次“如果小卫星也去火星,能做什么”的技术演示。这次任务证明,立方星也可以在地球轨道之外承担有价值的角色。

NASA 的 MarCO 立方星渲染图——人类首批飞向火星的深空立方星,展开太阳翼与通信天线(NASA,公有领域)
NASA 的 MarCO 立方星渲染图——人类首批飞向火星的深空立方星,展开太阳翼与通信天线(NASA,公有领域)

立方星会掉下来吗

会。许多立方星运行在低地球轨道,那里仍有非常稀薄的大气。长期阻力会让轨道慢慢降低,最后再入大气层并大多烧蚀。它能在轨多久,与初始轨道高度、外形和太阳活动等因素有关。

“U”是 Unit(单元)的缩写,1U 就是一个标准单元。首批立方星于 2003 年发射升空。它最深远的影响之一,是让大学也能造卫星,并让学生在真实任务中学习航天工程。

参考资料