立方衛星
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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,加州理工州立大學和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]
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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
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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2.1公斤,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]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]- ^ 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). 科學發展. 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科技新報. 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(臺灣)).
- ^ 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).
- ^ 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).
- ^ 玉山衛星正式退役國家實驗研究院國家太空中心 2021-10-13
- ^ 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
- ^ 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).
- ^ 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
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