“瓦力”“伊娃”双双行—MarCO立方体卫星

时间：2020-12-09 20:01:35　来源：雅意学习网本文已影响人

　　2018年5月5日，洞察号火星着陆器前往火星。当时它刷屏了朋友圈，几乎全世界都在欢呼人类在探索太空的路程上又迈出了一大步。但作为航天从业者，让我们惊讶的是陪伴它的是两颗立方体卫星—美国国家航空航天局的两个小的实验性立方星MarCO——“瓦力”和“伊娃”。它们的成功，意味着立方星迈出了向深空探测的重要一步。

立方星是什么

　　立方星最初是由加州理工大学和斯坦福大学的一个团队于1998年发起的。当时两所大学的教授们提出“能否在一个10厘米见方的立方体里面实现卫星的全部功能？”，由此发动了多个团队研制这样的卫星，并命名为CubeSat（立方星）。同时为了便于不同团队之间的协同，他们还制定了一套标准，大家都依照同一个标准来做。没过几年，这一目标果然实现了。2003年，第一颗立方星发射升空。
　　所谓“麻雀虽小，五脏俱全”。立方星尽管体积小，但大卫星需要的系统包括星务管理、通信、电源、姿态确定与控制、结构热控、载荷等，它身上全都有。不同的卫星任务决定了星上载荷的不同，从而对其他分系统的要求也不同，因此，立方星会根据具体的情况进行不同的设计。现在的立方体卫星经过不断发展，也逐渐由最初的1U（即10cm*10cm*10cm）逐步拓展到2U、3U、6U、12U等。这次陪同洞察号前往火星的“瓦力”“伊娃”，就是6U那么大，相当于一个鞋盒大小。

具有優势的立方星

　　与传统卫星相比，立方星至少在三个方面有明显不同：一是工业级器件的广泛应用，二是标准化、批量化的部件生产，三是大幅度简化的系统和流程。
　　首先，传统航天任务中，高等级器件占用了至少1/3的成本。在工业领域几十、几百元一个的芯片，其宇航级产品往往造价高达十几万甚至几十万，所以同样功能的一件设备，航天产品往往比地面民用或军用产品成本高出一两个数量级。立方星在最初是基于教学和科研目标提出的，因此卫星的成败并不是一件很重要的事情，所以在一开始就主要依靠地面工业级器件，同时只追求相对短的在轨寿命。但在实践过程中，立方星自身技术的发展使得其在轨实际寿命不断提高，在保持低成本的同时逐步弥补了其寿命短板。
　　其次，传统航天任务往往军民结合，这使得各国的航天系统往往相对封闭。由于单个国家航天任务总量有限，因此各国的航天部组件都长期处于单件生产状态，研制成本高居不下，同时产品的质量稳定性也受人为因素影响较大。而立方星由于其本源上的教学和科研性质，相对容易地突破了国家界限，在此情况下，一批标准化部件已经实现了全球销售，总销售量的上升推动生产商实现了小批量生产。借助于现代工业的批量化生产手段，产品的一致性得以显著提升，同时成本也进一步下降。
　　第三，传统航天产品一般在各层级都有冗余备份，从电路板上的电路备份，到设备中的板卡和模块备份，再到系统中的设备备份，层层备份实现了航天器的高可靠性，同时也极大地推高了航天器总成本—不仅在体系上面有备份，在研制流程上，传统航天也规划了模样件、初样件、正样件三套产品。应该说，三阶段的研制流程在确保最终产品的极高可靠性方面是非常必要的，但毫无疑问这也使得产品成本进一步翻番。立方星技术从一开始就反其道而行之，以“最简单的就是最可靠的”为核心理念，不仅从系统设计层面放弃一切备份，做最简系统，还从研制流程层面只做一套产品。通过这两方面的简化，在牺牲部分可靠性的情况下，使得卫星成本大幅度降低。

微小卫星时代的来临

　　立方体卫星以前都是在近地轨道空间探索，为什么这次可以陪同洞察号前往火星呢？
　　原来，“瓦力”“伊娃”是搭载在洞察号上面，到了火星附近才被释放出来的，所以它们才没有像以前的立方星一样在近地轨道空间探索。另外，它们还装备了最新型的高增益平板天线，使数据能在数亿千米外实现8千比特每秒的传输速率。
　　这其实更加说明了微小卫星时代已经到来，只是大家可能还暂时不知道。但是我跟大家说一个数据，就会知道最近的微小卫星的趋势有多么的夸张：从1957年人类的第一颗卫星上天，到2018年年底，人类发射卫星的总量是4000颗，但2017年发射的微小卫星的数量是400颗，一年的微小卫星数量已经能够抵过去60年全部总量的1/10了。
　　再举一个例子，原来的大卫星，无论是国家机构，还是国外的那些商业公司，从他们开始发射第一颗卫星，到他们发射第十颗卫星，其间可能需要20年的时间。但是微小卫星呢，比如中国民营企业天仪研究院可以在3年之内成功发射12颗小卫星，2019年的年计划发射20颗立方星，这种发展速度是原来完全不敢想象的速度。