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u-blox进入太空

Astrocast

几秒钟之后,在瑞士科技会议中心(EPFL)观看Spaceflight SSO‑A的SpaceX Falcon 9火箭现场直播的每个人都屏住了呼吸:SmallSat Express正在执行一项从美国加利福尼亚范登堡空军基地的SLC‑4E发射台向近地轨道的发射任务。火箭的有效荷载包括了一台由Astrocast设计的CubeSat 纳米卫星,该原型设计旨在测试瑞士公司打算向轨道送入的64个卫星星座,从而为远程物联网和M2M应用提供全球通信卫星网络。

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在众多板载原型设计中,纳米卫星首次在全球亮相:这是一个成本相对较低的小型GNSS接收器板。该应用板基于四个带实验固件的u‑blox NEO‑M8T GNSS模块,由Markus Rothacher教授领导的苏黎世联邦理工学院大地测量与摄影测量研究所的研究团队所设计。

专为太空运行而设计的应用板重量不足100克,成本不足1000美金,与符合太空要求且通常标价几十万美元的标准GNSS接收器相比,其功耗降低了20倍。[1]

就像在地面上一样,GNSS已经成为航天任务不可或缺的工具。例如,地球观测任务取决于远程感知数据卫星位置的准确信息。准确的授时信息同样重要。Rothacher团队在设计接收器板时始终牢记这些目标。

一旦接收器板以575 km左右的高度绕地球旋转时,大约每100分钟可看到一次日出,使用该GNSS接收器板可实时确定纳米卫星的精确轨道。纳米卫星使用其推进系统向新轨道运动时,实时确定精确高度尤为重要。

将四种GNSS模块集成至单个板可提供两大主要优势。其一,它们可连接至两种天线,每种天线朝向不同方向。此外,它可提供一定的冗余性:如果一个GNSS接收器失效,则另一个接收器可替代它。

除了成为太空中功耗最低的GNSS接收器外,该接收器板还将成为首款并行跟踪所有主要GNSS星座的设备。如果一切按计划进行,它将持续运行至少24个月,收集重要数据和专业信息,并可为振奋人心的新型卫星应用铺平道路。

这是我们的一个模块首次进入轨道,我们难抑兴奋。该任务不仅提供了在轨道上深入研究我们所期望的定位精度的机会,还可以在一个截然不同的真实环境中测试我们标准硬件的使用寿命,其中包括宇宙风和太阳风所携带的带电粒子所造成的近乎真空和持续轰击环境。最重要的是,这些模块将在发射阶段经受极端温度、极端震动以及加速的考验。

几个月后,我们希望该项实验可为我们提供有关产品质量和可靠性方面的宝贵见解,直至严苛的太空环境对我们的硬件造成影响,因为我们的硬件是专为地球上的温和环境条件而设计的。

为这样的学术研究项目做出贡献,可以满足我们的好奇心,同时将产品暴露在新的环境下。至少同样重要的是,未来的工程师可借此使用我们的硬件,无论是用于监测冰川或是陆地,在学生火箭竞赛中发射升空,或者将其嵌入至飞机或无人机中用以实时定位。最后,谁没有梦想过亲自打造可以升空进入轨道的设备呢?

 

[1]ETH Globe 3/2018,测地学,智能定位技术,适用于低成本的纳米卫星