廉價(jià)的芯片尺寸衛(wèi)星圍繞地球運(yùn)行

十年前，雖然還是博士。扎克曼徹斯特康奈爾大學(xué)的學(xué)生想象建造可能共同研究地球或探索太空的芯片級(jí)衛(wèi)星。6月3日，由于美國(guó)宇航局艾姆斯研究中心宣布成功部署史上最大的ChipSats，曼徹斯特現(xiàn)在是斯坦福大學(xué)的助理教授，已經(jīng)在設(shè)想這項(xiàng)技術(shù)的未來(lái)。

“這就像空間的PC革命一樣，”去年加入航空航天學(xué)院的曼徹斯特說(shuō)。“我們已經(jīng)證明，成群的廉價(jià)小型衛(wèi)星有可能在某一天完成由更大，更昂貴的衛(wèi)星完成的任務(wù)，這使得任何人都可以負(fù)擔(dān)得起儀器或?qū)嶒?yàn)進(jìn)入軌道。”

曼徹斯特的團(tuán)隊(duì)于3月18日將105個(gè)ChipSat部署到低地球軌道，并在第二天檢測(cè)到他們相互發(fā)送的信號(hào)，證明了他們作為一個(gè)群體進(jìn)行通信的能力，這是作為一個(gè)群體運(yùn)作的先決條件。從那時(shí)起，研究人員一直在與NASA合作完成任務(wù)數(shù)據(jù)分析的第一階段。

小而便宜

每個(gè)ChipSat都是比郵票略大的電路板。每個(gè)ChipSat的價(jià)格低于100美元，每個(gè)芯片使用太陽(yáng)能電池為其基本系統(tǒng)供電：無(wú)線電，微控制器和傳感器，使每個(gè)設(shè)備能夠定位并與同行進(jìn)行通信。曼徹斯特表示，未來(lái)ChipSats可能包含針對(duì)特定任務(wù)量身定制的電子設(shè)備。例如，它們可用于研究天氣模式，動(dòng)物遷徙或其他陸地現(xiàn)象。航天應(yīng)用可能包括繪制環(huán)繞其他行星的小行星或衛(wèi)星的表面特征或內(nèi)部組成。

“太空探索的最大成本是發(fā)射，我們正在努力創(chuàng)造能夠執(zhí)行有用任務(wù)的最小，最輕的衛(wèi)星平臺(tái)，”曼徹斯特說(shuō)。

ChipSats是原型，專門用于繞地球軌道運(yùn)行幾天，然后再重新進(jìn)入大氣層。但是，從這次實(shí)驗(yàn)中收集的數(shù)據(jù) - 有史以來(lái)最小的工作衛(wèi)星同時(shí)部署 - 有助于驗(yàn)證曼徹斯特在衛(wèi)星技術(shù)小型化方面邁出下一步的目標(biāo)。

自從Sputnik于1957年發(fā)射以來(lái)，國(guó)家和后來(lái)的公司已經(jīng)競(jìng)相將衛(wèi)星送入軌道用于軍事和民用目的。然而，以10,000美元將一磅有效載荷送入太空，發(fā)射成本一直是進(jìn)入的巨大障礙。但是在1999年，當(dāng)斯坦福大學(xué)和加州理工大學(xué)的研究人員定義和推廣CubeSat時(shí)，取得了突破：一個(gè)輕型，4立方英寸的容器，可以進(jìn)行小規(guī)模的科學(xué)任務(wù)。CubeSats完全符合NASA的目標(biāo)，即開發(fā)更小，更便宜的任務(wù)，讓更多的研究人員有機(jī)會(huì)擊敗成本障礙并將實(shí)驗(yàn)發(fā)送到太空。

成功之路

2009年，在與康奈爾大學(xué)教授Mason Peck一起學(xué)習(xí)的過(guò)程中，曼徹斯特設(shè)想如何將衛(wèi)星的電子本質(zhì)設(shè)計(jì)成比CubeSat更便宜，更容易構(gòu)建的設(shè)備。在2011年，他通過(guò)將項(xiàng)目放在Kickstarter.com上為他的項(xiàng)目進(jìn)行了眾籌，迅速?gòu)?15名貢獻(xiàn)者那里籌集了大約75,000美元，他最初稱之為KickSat項(xiàng)目的出生。“我希望讓任何人都能輕松而實(shí)惠地探索太空”曼徹斯特當(dāng)時(shí)就這么說(shuō)。

自從他在來(lái)到斯坦福大學(xué)之前通過(guò)哈佛大學(xué)和美國(guó)宇航局艾姆斯的研究工作追求這一愿景。他很失望。2014年，曼徹斯特的第一個(gè)KickSat項(xiàng)目被發(fā)射到載有100個(gè)ChipSats的太空中，但是一個(gè)小故障導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星重新進(jìn)入大氣層并在部署之前燃燒起來(lái)。

無(wú)所畏懼，曼徹斯特以及康奈爾大學(xué)，卡內(nèi)基梅隆大學(xué)和美國(guó)宇航局艾姆斯的合作者為最近的任務(wù)重新設(shè)計(jì)了ChipSats。他們將105個(gè)ChipSats裝入一個(gè)名為KickSat-2的CubeSat母艦，該母艦于11月17日發(fā)射到國(guó)際空間站。幾個(gè)月來(lái)，曼徹斯特等待美國(guó)宇航局的綠燈將Kick-Sat-2內(nèi)的ChipSats部署到低地球軌道。

當(dāng)斯坦福大學(xué)校園后面的60英尺長(zhǎng)的碟子發(fā)出部署命令時(shí)，那一刻終于來(lái)了。另一個(gè)焦慮的日子過(guò)去之前，曼徹斯特得知敏感碟形天線已經(jīng)檢測(cè)到來(lái)自ChipSats的微弱信號(hào)，這意味著它們正在運(yùn)行。曼徹斯特與世界各地的合作者一起跟蹤C(jī)hipSats，因?yàn)樗麄儌鬏敂?shù)據(jù)直到重新進(jìn)入大氣并在3月21日燃燒起來(lái)。

受到這一成功的鼓舞，曼徹斯特表示他將繼續(xù)努力，在不久的將來(lái)，世界各地的學(xué)生，業(yè)余愛(ài)好者和公民科學(xué)家可以像現(xiàn)在駕駛無(wú)人機(jī)一樣輕松地建造和發(fā)射他們自己的微型衛(wèi)星任務(wù)。