6U衛星：正在悄然進行中的技術革命

原標題：6U衛星：正在悄然進行中的技術革命

近幾年，立方衛星的發展勢頭很是迅猛，在2014年左右，3U立方體衛星出現大規模發射浪潮，其中表現最突出的是美國「行星試驗室」研製的Flock光學衛星群，數量達到上百顆。另外就是Lemur「狐猴」衛星群，目前也已經發射了48顆入軌，該衛星的功能是利用GNSS掩星探測方式研究大氣特性參數，並進行AIS海上航船運行的監視。

2015年以後開始出現了6U級別的立方體衛星，下面就是自2015年至今的6U衛星發射情況一覽表。

?表1：2015年至今全球發射的6U立方體衛星一覽表

從表1中可以看出6U級別的衛星重量基本在6~13.5kg之間，隨著時間的推移，6U級別的衛星發射數量上升很快。考慮到6U平台這個重量與體積的容納能力，已經可以執行複雜性高一些的任務，出現了一些令人驚訝的應用功能。這些功能在以往只出現在百公斤以上量級的衛星上。美國在該領域可以說是領跑者，不僅發射的6U衛星數量多，初步開始構成星座（CICERO星座），一些高端的衛星功能也只是美國進行技術探索和實踐。其他國家（包括中國）目前仍處於技術試驗和摸索的階段。

以下衛星值得我們進行關注，包括：CICERO衛星星座，MarCO火星通信中繼衛星，Landmapper-BC多光譜寬視場遙感衛星，Arkyd 6A紅外遙感衛星，HaloSat X射線天文衛星，RainCube Ka波段雷達技術試驗衛星，ASTERIA空間望遠鏡衛星。

1 CICERO衛星

?圖1 CICERO 6U立方體衛星效果圖

CICERO衛星英文全稱：Community Initiative forContinuing Earth Radio Occultation，意譯為：地球連續無線電掩星的社群創新。

CICERO根據計劃要構成一個地球低軌星座用於GPS或Galileo信號大氣掩星探測，以及GNSS信號表面反射探測，系統的總目標是為氣象學家提供關鍵測量數據，數據產品包括高精度的大氣壓力、溫度和濕度數據，電離層中電子分布的3D地圖，海洋和冰蓋的不同特性，該衛星最基本的功用就是天氣預報，氣候研究和空間天氣監視。

CICERO系統計劃要發射24顆地球低軌微小衛星，進行GNSS掩星探測。星座軌道情況如下：初始入軌衛星為500km的圓軌道，最終入軌衛星為750km的圓軌道。軌道傾角開始為72o，後續將添加28o傾角的軌道，星座的軌道設計會針對最多的全球掩星事件機會進行優化。

GeoOptics公司原先將CICERO衛星設計成115kg的微小衛星，使用TriG GNSS-RO載荷搭載在FORMOSAT 7衛星上進行飛行，在隨後的發展中，GNSS-RO載荷小型化功效顯著，使得衛星可以設計得非常小，變成一顆6U的衛星，建造者變成了Tyvak納星系統公司。

?2 MarCO A, B (Wall-E, Eva)衛星

圖 2 MarCO A, B衛星

全稱：Mars Cube One，火星立方一號。是一個雙星任務，和Insight火星著陸器一道發射，在「洞察者號」著陸期間，將著陸器獲取的數據實時回傳地球。因為當「洞察者號」著陸過程中，MRO、MAVEN和 Mars Odyssey等火星軌道飛行器不在合適的位置上，無法為「洞察者號」傳輸數據。這兩顆6U的小衛星別名是Wall-E和Eva。

MarCOA, B衛星由NASA的JPL負責建造。它們安裝了兩塊展開式太陽電池陣，和一個展開式X波段天線和UHF波段天線，UHF鏈路用於接收Insight的數據，碼速率8kbps，X波段鏈路用於將實時數據回傳地球深空網路，碼速率也是8kbps。

每個MarCO衛星上安裝了一台彩色寬視場工程相機，用於確認高增益天線處於展開狀態。寬視場相機擁有138°對角視場，每顆MarCO衛星還帶有一個窄視場相機，視場角6.8°，指向UHF天線，兩台相機的圖像大小均為752×480像元。

兩顆MarCO衛星均裝有推進裝置，內含推進劑儲箱，管路、推力器和敏感器，裝有4台25mN推力器，使用R236FA氫氟碳氣體作為推進劑。

在為「洞察者號」著陸器傳輸完著陸數據後，兩顆小衛星掠過火星軌道，繼續在行星際空間飛行，它們還將拜訪一顆小行星天體。

3 RainCube衛星

圖 3 RainCube衛星

RainCube衛星是一個技術驗證項目，由NASA的JPL負責開發、運行。這是一款微型化Ka波段大氣雷達，採用立方星平台研製，它具有低成本，快速轉換姿態的能力。

RainCube任務將研發、發射並運營一個35.75GHz頻帶的雷達，將這個雷達載荷置於6個單位的立方體衛星上。該任務將驗證一個全新的架構，驗證Ka波段雷達和超緊湊壓縮的Ka波段雷達展開天線，完成在軌驗證。RainCube任務還將驗證雷達載荷在立方衛星平台上實現的可行性，這種新型衛星將有助於實現衛星組網，具有在氣候科學及氣象預報方面的潛在應用價值。

4 Landmapper-BC衛星

圖 4 Landmapper-BC衛星

Landmapper-BC衛星由Astro Digital（曾用名Aquila Space）公司研發，是一款基於6U立方體平台的遙感衛星，該衛星的開發基於Perseus-O衛星。

這款衛星的特徵是寬覆蓋，多光譜（紅、綠、近紅外譜段）成像遙感衛星，像元地面解析度為22m。

AstroDigital計劃發射8顆該型衛星進行全球組網，實現對全球每日更新多光譜影像。該項目的前3顆衛星均發射失敗，直到2018年1月份才實現成功發射。

5 Arkyd 6A衛星

圖 5 Arkyd 6A衛星

Arkyd6A衛星是Planetary Resources公司研製的驗證性納衛星，試圖在6U平台上安裝Arkyd-100載荷，使之成為小行星探測天文衛星。

這一衛星是為Arkyd-100衛星做在軌驗證試驗，其核心技術是探測富含水分的小行星。其載荷主要包括中波紅外成像系統，可以精確測量被觀測物體的溫度，可以獲取與水分相關及含水物質的關鍵數據，該衛星系統將首先瞄準近地小行星進行應用。

6 HaloSat衛星

圖 6 HaloSat衛星

HaloSat衛星是一顆天文衛星，用於研究熱銀河光環。

這是一項天文物理科學調查任務，探測銀河系中熱氣體的分布情況並確定它們是否填滿了額外的光環，亦或是光環對星系的總體質量沒有貢獻？它將從星系光環中測量氧氣的發射譜線，HaloSat衛星作為專用的設備，設計出一套觀測策略實現光環信號的最大化同時將太陽風充電、交換互動與太陽系之間前景最小化。

衛星載荷包括3個XR-100SDD型X射線探測器，這些X射線探測器採用硅基位移探測器。屬於商業貨架產品，來自Amptek公司，3個備份的探測器裝進了SDD、X射線準直鏡、防同步罩等電子設備中。任務的基本目標需要兩個探測器可以正常工作，最小化的任務目標只需一個探測器正常工作。

衛星由藍色峽谷技術公司基於其研製的XB1平台進行研製。

7 ASTERIA衛星

圖 7 ASTERIA衛星

ASTERIA衛星全稱Arcsecond Space TelescopeEnabling Research in Astrophysics，中文意為：天文物理的角秒級空間望遠鏡使能研究項目。這是一項技術驗證和科學任務，該項目的開發致力於極大提升立方體衛星技術能力並應用於空間天文學探測。該衛星由MIT和NASA的JPL聯合設計開發。

ASTERIA是MIT和Draper試驗室最早提出的概念：3U立方體衛星ExoplanetSat的延續。ASTERIA項目是在MIT和JPL出資下搞的員工早期培訓計劃。JPL負責全項目管理，系統工程，姿態確定和控制，飛控軟體，飛行器製造總裝、測試在軌運營等工作。飛行硬體按計劃於2016年開始投產，發射計劃於稍後一些開展。

ASTERIA的任務目標是角秒級視線姿態精度控制，同時實現高穩定度焦平面溫度控制，這些技術將有助於較高的光度計測量實現。對恆星高精度的光度計測量，這一數據將對研究恆星活動，尋找太陽系外行星，以及其他天體物理現象研究具有重要影響，

ASTERIA是一顆6U立方體衛星，重量12kg。運行於近地軌道上，載荷由一組鏡頭和遮光板組成，敏感器件為CMOS器件，焦平面上安裝了兩維度壓電陶瓷驅動機構，一套商業動量輪用於粗姿態指向控制，姿態精確指向由星敏感器跟蹤目標恆星，並由兩維壓電陶瓷驅動機構來實現。精確溫控通過將載荷與衛星平台進行隔離，被動冷卻探測器，並利用加熱器實現溫度微小範圍控制來實現。

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