一次性联网卫星将如何实现太空民主化

1999 年，斯坦福大学的罗伯特·特维格斯 (Robert Twiggs) 教授和加州州立理工大学的乔迪·普伊格-苏阿里 (Jordi Puig-Suari) 教授开始规范卫星业务。他们设计了一个小型轨道单元——一个四英寸的立方体，带有小金属脚——宽度足以容纳太阳能电池，他们的设计基于 Beanie Babies 的塑料展示盒。他们的“立方体卫星”有足够的空间容纳计算机主板和一些其他部件，这些部件可以在太空中进行有限的实验，例如监测天气或拍摄地球。这种设计将大大降低学生在太空进行实验的成本。立方体卫星可以同时发射，并搭载在更大、更昂贵的任务上，从而降低将卫星送入轨道的费用。

设计完成后，普伊格-苏阿里开始与美国三家定期发射卫星的机构——美国国家侦察局、美国国防部太空测试计划和美国国家航空航天局合作，说服它们在尽可能多的发射中建造立方体卫星发射台。与此同时，加州理工大学的航空航天工程系已成为美国航空航天局的标准信息交换所，测试每颗学术卫星，以确保发射过程中发射箱不会自行散开，并将碎片射入火箭。加州理工大学和斯坦福大学在 CubeSat.org 上维护一个论坛并发布所有标准。

由于计划发射的卫星如此之多，一名工程专业的本科生 […] 可以在大一时设计一颗卫星，并在毕业前看到它进入太空。Twiggs 和 Puig-Suari 的努力得到了回报。自 2001 年以来，已有大约 50 颗立方体卫星进入太空。两人于 2003 年发射了第一颗卫星，花费 10 万美元的资助将其存放在俄罗斯的 Dnepr 发射台上。当 SpaceX Falcon 9 火箭于 2009 年 12 月发射时，机上有六颗 CubSat，每次装三颗，放在一个由加州理工大学开发的带弹簧的玩具盒容器中，称为多微卫星轨道部署器 (P-POD)。有效载荷部署后，P-POD 的门弹开，弹簧将所有三颗卫星推入轨道，它们在轨道上展开太阳能电池板，开始向下方的创造者传输信息。今年将有至少三枚火箭发射，其中有可容纳 11 颗立方体卫星的 NROL-36 火箭。

由于计划发射的卫星如此之多，近 100 所制造立方体卫星的学校之一的工程专业本科生可以在大一时设计一颗立方体卫星，并在毕业前亲眼见证它进入太空。去年，加州理工大学的研究生罗兰·科埃略 (Roland Coelho) 正在为他的立方体卫星填写飞行前调查表，加州范登堡空军基地的靶场安全官困惑地走近他。“调查表询问你是否需要军事车队护送你，”这位官员说。“你不需要吗？”

“哦，没错，”科埃略回答道。“它可以放在我的汽车后备箱里。”

目前在轨运行的许多学术立方体卫星都会向地球上的业余无线电操作员报告它们的位置、电池寿命和发现，然后业余无线电操作员会将信息转发给原始学校。但项目正变得更加雄心勃勃。美国空军计划使用两颗联网的立方体卫星监测地球大气层，并提供世界上第一个实时太空天气观测。佛蒙特技术学院的卡尔·布兰登 (Carl Brandon) 正在开发一种离子驱动立方体卫星系统，他说该系统将能够自行推进到月球。

普格-苏阿里和查尔斯·斯科特·麦吉利夫雷 (Charles Scott MacGillivray) 去年还在波音公司管理一支小型卫星开发团队，如今他们成立了自己的公司 Tyvak，该公司根据合同为私人客户和美国政府生产立方体卫星。标准化组件市场也已出现，由斯坦福大学工程学教授安德鲁·卡尔曼 (Andrew Kalman) 的 Pumpkin, Inc. 引领，该公司已向 100 多所大学、政府和非营利组织出售立方体卫星套件。卡尔曼说，一旦人们开始将立方体卫星视为一次性用品，用现成的组件制造它们并一次发射 100 颗，这些设备就真正成熟了。“如果我们发射一组由 Android 手机构建的卫星，应用程序开发人员就可以想象要将什么送入太空，”他说。

如今，建造一颗立方体卫星的成本低至 10 万美元，而购买猎鹰 9 号等火箭的舱位则需要大约 25 万美元。在航空航天业，这笔钱是小数目。低成本也使丢失一颗立方体卫星变得可以接受。去年 3 月，一枚搭载 NASA Glory 卫星和三颗立方体卫星的火箭坠入大海。“我们很沮丧，”目睹了这次失败发射的 Coelho 说。“但 NASA 的人损失了一颗价值 4 亿美元的卫星。”事实上，其中一颗丢失的立方体卫星是复制品。10 月，它的孪生兄弟成功进入太空。

如何为立方体卫星进入太空做好准备

立方体卫星的发射前指导方针规定，物体的尺寸必须为 10 x 10 x 11 厘米（多出的 1 厘米用于放置小金属脚），重量不得超过 1.3 公斤。卫星必须完全处于停用状态（不接通任何电源），直到离开弹簧式发射容器；错误的信号可能会扰乱主载荷或火箭制导系统的电子设备。团队必须在离开地球五年内提交详细的脱离轨道计划（将卫星倾斜，使其在大气层中解体），否则卫星在起飞前就有可能报废。