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Swarm通信和CubeSats:纳米卫星优势和挑战的最新进展

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纳米卫星轻便,便宜且易于发射和替换,是一种微型太空飞行器,正在变得越来越主流,呈现出新颖的进步和独特的挑战。

纳米卫星或立方体卫星是微小的轨道太空飞行器,其特征不仅在于它们的小尺寸和重量,而且还在于它们通常由便宜的,现成的商业级部件构成。与典型的卫星相比,它可以使汽车相形见绌并且重达吨,纳米或微卫星可以更容易制造 - 以至于许多第一批纳米卫星最初被用作教育工具。

 

NanoRacks CubeSats。图像由美国宇航局提供

 

以下是纳米卫星的基础知识,包括它们如何在航空航天工业中使用的例子。

 

微型卫星的好处

典型纳米卫星的基本单位尺寸(一个单位或1U)的长度,宽度和高度为10厘米,总体积为1升。这种装置的重量约为1.33千克。它们最常用于1U,1.5U,2U或3U的配置,如下所示。

 

信息图摘录通过Space.com使用信息艺术家Karl Tate的礼貌

 

空间和重量限制是半导体航空航天设计师面临的标志性挑战之一。虽然纳米卫星理论上对初始燃料成本等要求要低得多,但单次CubSat发射仍将耗资数千美元。

正因为如此,当更大的太空飞行器进入太空时,纳米卫星经常“搭便车”,为纳米卫星进入轨道提供了一个低成本的机会。

根据纳米卫星系统工程师Erik Kulu创建的纳米卫星数据库,截至2018年8月,已发射超过2,000颗这类卫星。由于使用了非空间硬化组件,纳米卫星的寿命通常有限。然而,这可能不是一个缺点,因为这些小而廉价的车辆经常被用来测试新型空间硬件概念,例如新颖的天线和通信方式。 

 

成群的CubeSats:解决卫星之间的通信问题

美国宇航局和美国空军已授予斯坦福大学助理教授西蒙娜·德阿米科(Simone D'Amico)的 资助,以开发纳米卫星“群体”的自主导航。

受无线电波速度的限制,地球上的控制站与太空中的CubeSats之间的通信存在不可避免的滞后时间。“群体”成员之间的距离将很小,因此更精细的控制将受到影响,因为大多数决策可以在本地进行,只是偶尔参考地球站进行命令变更和报告。

除了通信效益之外,在许多小型卫星上分配能力在很多方面比将所有“鸡蛋”放入数百万美元的篮子中更好 - 特别是如果你是军队的话。由于它们的轮廓很小,CubeSats比它们的大型兄弟更难跟踪,并且每个人可能被认为比单个大型卫星更易于使用。

群体设备的概念对军方来说并不陌生。事实上,值得怀疑的是,成群的CubeSat是否激发了人们在地球上使用群体无人机的能力,或者是否反过来。 DARPA的Gremlins计划涉及从大型飞机上释放的无人驾驶航空系统(UAS)。这些较小的无人机工艺旨在作为一个网络合作,以实现侦察和防御饱和等目标。

类似于CubeSats是显而易见的。网络使一个无人机的丢失变得不重要,因为网络中的其他人可以承担其功能,就像CubeSats的例子一样。 

 

Kestrel Eye微卫星的渲染。图像使用了美国陆军的礼貌

 

6月,詹姆斯·迪金森将军在美国陆军2018年空间和网络研讨会上发表讲话,讨论小型卫星在军事行动中的作用,现在和未来。“我们设想一个潜在的微型卫星群,提供综合的态势感知和任务指挥能力,直到士兵和小队的水平,”迪金森在活动中说。

个别纳米卫星也很重要。8月,Kestrel Eye推出了一款电光纳米卫星,旨在改善平行通信,例如同步团队运动。这可能是未来几年甚至通用卫星可能缩小规模的趋势的一部分。

 

群体纳米卫星:优势和规则问题

不只是军方正在寻求利用纳米卫星。

Swarm Technologies的使命是以它的名字命名的,因为它希望发射成群的卫星用于两个主要目的。第一个是向世界上任何其他地方都没有服务的地区提供免费的互联网接入。

第二个目的是作为物联网(IoT)的管道。正如该公司指出的那样,预计到2020年,将有超过300亿的物联网设备。这将为这些设备创造巨大的互联网连接需求,其中许多设备位于偏远,无法进入的区域。该公司希望部署一个由100颗卫星组成的“星座”,以提供低成本的全球互联网连接ICfans

 

SpaceBees甚至比CubeSat还要小。图片由  Swarm Technologies提供

 

 然而,Swarm Technologies也是第一家被列为与航天污染相关的违规公司的可疑区别。该公司计划推出四款小型SpaceBEE,甚至比CubeSats还要小。问题在于,这些车辆被认为太小而无法被美国太空监视网络有效地跟踪,该网络是一个负责跟踪所有轨道卫星的国防部实体。  

考虑到一些重要的修改将消除这个问题,这些部队是从印度LEO(低地球轨道)火箭以及许多其他各种尺寸的卫星部署的。