在太空环境中,温度波动、冷焊和其他环境因素给设计师带来了新的挑战。立方体卫星在低地球轨道上经历的平均温度范围在日食侧为 -65°C,在太阳侧为 +125°C,因此需要一种能够承受周期性温度波动同时保持其机械性能的材料 [4]。此外,当两个金属表面相互接触时,冷焊是一个值得关注的问题。当两个金属表面之间的间隙变得足够小以至于两个表面的原子共享价电子并相互结合时,就会发生冷焊。这种现象在立方体卫星-分配器界面中令人担忧,两个光滑表面在部署过程中会相互滑动。为了避免这种情况,立方体卫星轨道可以使用聚合物或其他非金属材料。市售尼龙碳纤维 PolyMide PA6-CF 复合材料在上述两种情况下均能发挥理想作用(表 2)。由于在 180°C 下变形最小且无法冷焊,这种 FDM 细丝是模块化 CubeSat 结构的主要候选材料。
摘要:2022 年 4 月 1 日,AlfaCrux CubeSat 由 Falcon 9 Transporter-4 任务发射,这是 SpaceX 第四次专用小型卫星拼车计划任务,从佛罗里达州卡纳维拉尔角太空军站的 40 号航天发射台发射升空,进入 500 公里的太阳同步轨道。AlfaCrux 是一项业余无线电和教育任务,旨在在小型卫星任务的背景下提供学习和科学益处。这是一个理论和实践学习的机会,学习小型卫星的技术管理、系统设计、通信、轨道力学、开发、集成和操作。AlfaCrux 有效载荷是一种软件定义的无线电硬件,负责两项主要服务,即数字分组中继器和存储转发系统。在地面部分,已经开发了一个基于云计算的指挥和控制站,以及一个开放的在线平台,用于访问和可视化 AlfaCrux 遥测和用户数据和实验的主要信息。它还成为在轨数据库参考,可用于不同的研究,例如无线电传播、姿态重建、卫星传感器的数据驱动校准算法等。在此背景下,本文介绍了 AlfaCrux 任务、其主要子系统以及在早期轨道阶段取得的成就。本文还介绍和讨论了对航天器运行进行的科学和工程评估,以应对地面站的意外行为并更好地了解太空环境。
摘要:随着立方体卫星执行复杂和先进任务的能力不断提高,它们正被考虑用于诸如星座之类的任务,这些任务需要很高的开发效率。从卫星接口的角度来看,通过实施灵活的模块化结构平台,可以最大限度地提高生产率,从而在集成和测试阶段轻松实现可重构性。因此,立方体卫星的结构设计在促进卫星集成过程中起着至关重要的作用。在大多数情况下,在主负载支撑结构和内部卫星子组件之间实施的机械接口通过增加或减少复杂性来影响卫星集成的速度和效率。大多数立方体卫星结构设计使用堆叠技术,使用堆叠杆/螺钉将 PCB 安装到主结构上。因此,内部子系统是相互连接的。观察到这种传统的接口方法增加了结构部件的数量,同时增加了集成过程中的复杂性。在这项研究中,基于插槽概念开发了灵活的 3U 和 1U 立方体卫星平台。这种创新的安装设计提供了一种将 PCB 安装到插槽中的简单方法。评估并验证了该概念在批量生产应用中的可行性。进行了计数和复杂性分析,以评估所提出的设计与传统类型的结构接口方法。评估表明,这一新概念显著提高了批量生产过程的效率。
九州工业大学的第四代 1U 立方体卫星星座 BIRDS-4 于 2021 年 3 月从国际空间站 (ISS) 部署。BIRDS-4 项目成功建造了巴拉圭的第一颗卫星 (GuaraniSat-1),同时改进了标准化的总线系统以用于未来的任务。BIRDS-4 立方体卫星星座展示了 BIRDS 总线系统在 1U 平台上处理从技术演示到科学实验的总共九项任务的能力。业余社区可以使用自动数据包报告系统 (APRS) 通过消散来实时传递消息。该模块还用于存储转发任务,以收集偏远地区的数据以建立技术可行性。相机拍摄了地球图像,以便在参与国推广和传播空间科学和技术。 BIRDS-4 还成功执行并演示了其他任务,例如 Henteena 任务、主动姿态稳定、反作用轮手动旋转总电离剂量测量,以及南洋理工大学 (NTU) 设计和开发用于检测和保护组件免受单粒子闩锁影响的芯片任务。并将钙钛矿太阳能电池放置在太空中以检查其性能。本文详细讨论了 BIRDS-4 任务、在轨结果以及从每个任务的成功程度中吸取的教训。它还讨论了使 BIRDS 总线系统能够处理多个任务的方法
计划将微型的小行星远程地球物理观察者(M-Argo)定为第一个独立的立方体任务,以与近地的小行星进行对集合并表征存在现场资源的小行星。除了执行科学任务外,M-Argo是当前正在开发的ESA技术计划中正在开发的小型深空技术的巨大演示者。M-Argo任务概念最初是由ESA并发设计设施(CDF)团队在2017年构想的。阶段A项目由Gomspace Luxembourg领导,并由ESA GSTP合同在2019 - 2020年由Politecnico di Milano提供支持。这项工作给出了与M-Argo的任务分析和设计有关的最初结果。,我们显示了开发的原始程序,以评估可及的NEO目标和随后的下调过程。内部间接求解器,低头轨迹优化器(LT2.0),已与逼真的推进器模型结合使用,具有可变输入功率,推力和特定的冲动。求解器与分析衍生物一起实现了准确的开关检测技术。已经解决了数百个时间和燃油最佳问题,旨在从次要的小行星中适当地从小星球中心数据库中过滤。分析表明,在3年的转移持续时间内从Sun-Earth L2出发时,M-Argo可能会发现约150个次要物体。中,已选择了41个目标,并提取了5个最有前途的对象的简短列表。我们的初步结果表明任务可行性。总的来说,M-Argo有可能实现全新的低成本,深空探索任务。
有效载荷子系统:有效载荷子系统执行 TrustPoint 的替代定位、导航和授时 (PNT) 服务所需的机载处理、RF 信号生成和高精度计时。有效载荷由用于有效载荷计算和波形生成的数字子系统、GNSS 接收器(参见上面的通信系统部分)、用于计时的时钟子系统和用于放大和过滤的 RF 模拟子系统组成。在总线底盘的外部,有效载荷与两个 C 波段发射天线、一个 C 波段接收天线和一个 GNSS 天线连接,所有这些都是共形非可展开贴片天线。总线底盘的外部还安装了一个激光反射器,用于支持高精度轨道测定的激光测距实验。
在过去的十年中,世界在太空技术方案中面临大规模插入小卫星。每年,微型和纳米卫星的数量都会增加,并从太空市场的玩家受到更多关注。尽管缺乏国家发射器,但巴西太空计划在上个世纪以某种成功的开发而闻名,包括其太空资产,例如赤道附近的特权发射场,一个由既定的小型卫星计划的飞行且可靠的飞行型飞行器,可用于下降且可靠的声音飞行器,以及微型雷神实验和大学。因此,目前的工作提出了对巴西VSB-30发声火箭的修改,以便允许在低地球轨道(LEO)中发射和插入小型卫星,以满足国家发射器的空白。它还提供了一个立方体轨道衰减模拟和轨道插入模拟,并使用ALCântara发射中心发射的改良火箭,是为了使用此修改后的发射器验证国家任务的潜力。
鸟类计划自2015年以来由九州理工学院开展的鸟类计划由教育项目组成,这些项目使用1U立方体来建设非空间国家的能力。该程序的第一代和第二代Birds-1和Birds-2分别于2017年和2018年启动并部署到Orbit。鸟类项目成员从没有太空工程经验的学生开始,但是他们必须在两年内设计,构建和操作卫星,以满足硕士学位的时间表。每年都有一个新的鸟类项目,每个项目都需要更改卫星设计以适应新年的任务目标。为了满足快速项目的步伐,这项研究介绍了一辆针对电气建筑的标准立方体总线:鸟类巴士。鸟类巴士强调了容易训练的两个关键思想:简化和统一。标准总线应用于第三代(Birds-3)项目。鸟类巴士已在地面上进行了广泛的测试,并通过了所有环境测试。2019年4月发射了三个鸟类-3卫星;在将卫星部署到轨道(2019年6月17日)之后,鸟类巴士的最终确认是在轨道上成功进行的。
要发挥许多科学和技术领域的全部潜力(例如地球气候监测和保护,防御和安全以及太阳系探索)需要尽可能多地使用高分辨率的图像,结合高分辨率图像和高恢复率。但是,目前以合理的成本结合了高空间和时间分辨率。的确,只能通过在狮子座(低地球轨道)星座中使用多个卫星同时实现这两个要求,这需要较小的单个卫星才能降低成本。但是,使用小平台(例如立方体,一种微型标准卫星)限制了光孔的大小,从而限制了空间分辨率。例如,由于衍射极限,直径10厘米的望远镜(Cubesat上的典型最大孔径)仅提供来自500 km轨道(500 nm)的500 km轨道的分辨率图像。在立方体上开发大于10 cm的光圈代表了主要的光学机械挑战。