上科大二号卫星(STU-2A/C)
上海微小卫星工程中心建起立方星设计研发等系列平台
( 2015年10月3日 )
只有半个餐巾纸盒大小的卫星，你可见过？它可是处于国际微小卫星发展最前沿的立方星。9月25日，我国长征十一号运载火箭载着四颗卫星飞向太空，其中就有3颗立方星。记者从它们的诞生地上海微小卫星工程中心获悉，这3颗星已成功入轨运行，并将第一批数据传回地面测控中心。
这是我国首批上天的立方星。十年前，立方星就开始在欧美发展起来。2013年，上海微小卫星工程中心引入了“千人计划”吴树范教授，通过组织科研团队，提供条件保障，在短短两年时间内，搭建起了从设计、研发到测试，以及地面测控与管理等一系列平台，带动国内20多家大学、科研机构和企业投入立方星技术和产业的发展之中。
“魔方卫星”带来卫星产业新冲击
立方星看上去像只魔方，里面却是五脏俱全——不到10厘米的计算机主板可以管理卫星姿态、热控和应用载荷等所有星载系统；集成电路只有几十克重；动量轮仅拇指大小；用来星地间通讯的天线，只有1元硬币大；联通各设备的导线不足1毫米粗……
“只要把这两三个‘魔方’连在一起，就可以实现许多大卫星所承担的功能。”吴树范教授说，“这次上天的‘上科大二号’A星，就带了一个微型相机，可以监测南北极融冰情况，为北极航道勘探、‘雪龙号’南极科考提供数据服务。”要知道，用一颗传统卫星来实现这一功能，投入的研制经费数以亿计，而研制这样一颗立方星的费用仅数百万元。
低成本，正是立方星带给全球卫星产业的新一轮冲击。
国际上将重量小于1吨的卫星，称为小卫星。英国萨里大学引领的“体重”在百公斤量级的小卫星技术，在30年前给卫星产业带来了第一次冲击，在许多高需求领域承担起重要角色；而在十年前，得益于微电子技术的飞速发展，功能相对单一但研发成本极低的微纳卫星开始高速发展。自2003年首次发射升空，立方星如今已进入许多实际应用领域，并于2014年入选《科学》杂志“2014年全球十大科学突破”。
“目前已有300多颗立方星上天。根据估算，到2020年，每年就将有500多颗发射升空。整个微纳卫星产业将超过20亿美元。”吴树范说，他在欧洲多个航天机构工作过，立方星已从起步之初大学生的“练手项目”逐步演变成微纳卫星发展的一个主流方向。于是，他决定回国，出任微小卫星工程中心副总工程师，组建新技术研究室，为中国发展立方星。
三星上天，小试牛刀
作为我国首批上天的三颗立方星，“上科大二号”在某些技术上已走到了世界前沿。比如，星上微推力技术，可以在百万分之一牛顿的量级上，对卫星姿态进行细微调整，使其在对地观测或深空科学观测中保持稳定。又如自适应组网技术，允许新星上天后，自动融入到原有卫星网络中，使卫星“天网”可以不断扩容。更值得一提的是，小小的立方星还能够实现变轨和编队绕飞等许多大卫星往往都不具备的轨道机动能力。卫星发射后的第二天晚上，当“上科大二号”C星过境，位于浦东张江高科园区的立方星地面测控中心再次收到了它传来的数据。到9月28日晚，两天时间内共收集到12463架次飞机的数十万条播报信息，可以提供覆盖全球的航行动态图。
“有了这套测控系统，卫星和地面就能相互对话和通信了。”卫星通信系统和地面测控中心的负责人何涛博士说，“我们无需借助国家统一的卫星测控网络平台，在业余无线电频段内就可以完全实现对卫星的控制。”这一是为了顺应微纳卫星“低门槛”的发展趋势，二是为了今后商业应用打基础。
当卫星研发投资高达十几亿元时，其研发几乎只能依靠国家投入，可当研发投入降低至数百万元量级，则有更多企业会愿意组建自己的微纳卫星网络。“就拿民航导航信息来说，现在航空公司只能支付昂贵的租金，租用他国商业卫星来获取国际航班的飞行信息，未来或许它们会愿意建设自己的专用卫星网络，利用微纳卫星星群实现对全球民航飞机的实时监控与管理。有了这样的卫星系统，今后遇到类似马航370飞机失踪事件，将可大大缩短搜救时间。”吴树范说。
“85后”团队为立方星“注入灵魂”
由于体积变小，卫星的功能密度变高，立方星研制的大量设计、试验规范，都无法套用原有卫星研发的技术规范，必须从头摸索。一支初生牛犊不怕虎的年轻技术团队，承担起了这一重任。立方星团队几乎都是85后，18位平均年龄26岁的刚毕业的硕士、博士是主力军，还有部分上海科技大学年轻的90后。即使有经验的几位副总工程师、主任设计师，也几乎全是80后。
还有更多没有现成范式的新技术，需要年轻研发人员“脑洞大开”寻求解决方法。“我们用的卫星测控频段被无线电爱好者广泛使用，这些信号在卫星过境期间可能严重影响卫星遥测信号的接收，这一点曾一度让我们很苦恼。但后来发现，业余无线电爱好者其实还为我们提供了不少新思路。”测控分系统研发人员张璇说，测试过程中需要的低噪声放大器等设备请专业机构来研制成本很高，时间上也来不及，结果他们借鉴业余无线电通信的已有经验和产品，通过网络从海外甚至国内淘宝上购买业余无线电产品，进行改造之后完成了设备测试，同时也节约了成本和时间。
在立方星这个新兴领域，即使国际最先进的技术也尚不成熟。“上科大二号”所用的微推力器来自瑞典，85后研发人员李昭在测试中发现了许多问题，提出许多有效优化方案，让合作方进行了六七次较大的修改。最后，还在不到5毫米的操作空间里，将瑞典合作者需要的一段程序烧进了已装进立方星的主板中。“一不小心就可能造成整颗星短路，连接过程中慎之又慎，非常沉着细心，连接后我反复检查，确保整星安全。”他说，我方团队的技术实力，以及认真与执着的工作精神，也赢得了对方的尊重和信任。
“白+黑”、“5+2”几乎已是中国航天领域的传统。吴树范说，研发团队已经近一年没有完整休息过一天，好几个年轻人的婚礼和婚假一推再推，今年国庆节期间准备安排大家轮休，享受一下风雨过后见彩虹的成功喜悦。
Beijing launches three more amateur radio satellites
Chang Zheng-11 (CZ-11) launch September 25, 2015
On September 25, 2015 at 01:41 UTC Beijing launched three satellites with amateur radio payloads from the Jiuquan Satellite Launch Center (JSLC) in the Gobi desert, Inner Mongolia. They were carried on a new launcher, Beijing’s first solid-fuel rocket Chang Zheng 11 (CZ-11), and deployed in a 470 x 485 km, 97.3 degree inclination Sun Synchronous Orbit (SSO).
This launch occurred just 6 days after nine satellites carrying amateur radio payloads were launched by Beijing from the Taiyuan Satellite Launch Center in Shanxi on September 19 at 23:01 UT.
The satellites were developed by students at the Nanjing University of Aeronautics and Astronautics in collaboration with the Shanghai Engineering Center for Microsatellites (SECM).
The main goal of the mission is to experiment with Software Defined Radio (SDR) in space. The amateur radio payloads will be used for exchanging Telemetry, Tracking and Command (TT&C) information with the amateur radio ground control station. Information about the telemetry will be made publicly available so that radio amateurs around the world may track and monitor the health of the satellites.
A Tianwang-1 2U CubeSat
Other payloads include a video camera along with receivers for dual-band GPS/Beidou, Maritime Automatic Identification System (AIS) and Aeronautical Automatic Dependent Surveillance Broadcast (ADS-B).
Using MEMS based cold-gas micropropulsion it is planned to demonstrate formation flying by two of the CubeSats along with inter satellite communication using GAMALINK 2.4 GHz spread spectrum at 1 Mbps and the CubeSat Space Protocol (CSP).
The TW-1A and TW-1B CubeSats are 2U (20x10x10cm) in size while TW-1C is 3U (30x10x10cm).
Michael Chen BD5RV reports the satellites have these downlinks in the 435-438 MHz ITU Amateur Satellite Service allocation:
• Tianwang-1A (TW-1A / SECM): Camera, 435.645 MHz GMSK 4800/9600 CSP TX interval 10s
• Tianwang-1B (TW-1B / NJUST-2): AIS, 437.645 MHz GMSK 4800/9600 CSP TX interval 20s
• Tianwang-1C (TC-1C / NJFA-1): ADS-B, 435.645 MHz GMSK 4800/9600 CSP TX interval 10s
Note: TW-1A and 1C both use the same frequency.
中新网北京9月25日电 (记者 张素)2015年9月25日9点41分在酒泉卫星发射中心，长征十一号运载火箭成功将四颗卫星送入预定轨道，其中3颗立方体试验卫星(上科大二号STU-2)由中国科学院上海微小卫星工程中心研制。
STU-2包含的3颗国际标准立方星已全部准确进入工作轨道，地面成功接收到卫星下发信号，标志着卫星研制、发射取得了圆满成功。
上科大二号包含一颗三单元立方星(STU-2A)和两颗二单元立方星(STU-2B，STU-2C)。A星质量2.9千克，体积114mm×114mm×343.3mm；B星质量2.2千克，C星质量1.7千克，体积114mm×114mm×239mm。
STU-2主要载荷包括用于极地观测的小型光学相机、用于船舶信息采集的星载船舶自动识别系统(AIS)接收机和用于飞机信息采集的星载广播式自动相关监视系统(ADS-B)接收机。
3颗立方星均搭载自组网通信机，利用3颗星建立空间最小网络，实现立方星级别的星间通信组网。STU-2A星在国际上首次搭载了MEMS冷气微推进器，将开展立方星编队绕飞等新技术在轨验证。
STU-2立方星还搭载验证芯片级北斗/GPS双模接收机、MEMS磁强计、多轴敏感器、小型星敏感器等单机产品，促进中国微纳型化卫星单机技术的发展。
上科大二号的成功发射促进了科研与教育的紧密结合，标志着中国在皮纳卫星研制和产学研结合的创新平台上迈出了与国际接轨的重要一步，开拓了中国航天产业的新格局。(完)
2015年9月25日9时41分，长征十一号运载火箭搭载发射了上海微小卫星工程中心研制的上科大二号卫星（由三颗立方星组成）以及由上海航天技术研究院研制的浦江一号卫星等4颗微小卫星，主要用于开展航天新技术、新体制、新产品等空间试验。我校党委副书记、纪委书记兼副校长鲁雄刚带领三位来自物质、生命、信息学院的研究生在酒泉卫星发射中心观看了发射过程。我校将利用这几颗卫星所采集的数据开展教学和科研工作。
上科大二号发射成功，是我校与小卫星中心“科教融合”深度合作的重要成果。目前，包括中心主任相里斌在内的六位中心研究员在我校信息学院担任特聘教授，在研究生培养、本科生培养等方面做出了重要的贡献。最近，我校又增聘了尹增山等六名中心研究员担任信息学院特聘教授。仅以书院制培养为例，李国通教授今年6月在书院“科技之光”讲座中为同学们讲述了北斗卫星导航系统的发展历程和小卫星中心所做的重大贡献，林宝军教授还入住了学生宿舍楼，并为本科生开设了题为“神舟问天，奥妙无穷”的导师研讨课。最近，书院又与小卫星中心合作推出了微小卫星科技创新竞赛，激励双方的本科生、研究生叩问浩瀚苍穹、放飞创新梦想。本学期，书院还将邀请上科大二号卫星总设计师、总指挥、国家“千人计划”特聘专家吴树范研究员来校做客“科技之光”讲座，与上科大学子分享卫星发射背后的故事。随着我校师资队伍的不断壮大和科研工作的全面开展，双方在人才培养、科研开发等领域的合作必将进一步深化，“科教相融”的内涵必将变得更加丰富充实。
https://www.amsatuk.me.uk/iaru/formal_detail.php?serialnum=468
The main goal of the SECM-1 mission is to experiment with SDR payload in space.
Three cubesats(Sat-A/TW-1A, Sat-B/TW-1B, Sat-C/TW-1C) are involved.
The main payloads are space amateur radio stations, used for exchanging TT&C with ground ham control station, and transmitting beacon and telemetry data to ground ham stations. Some other payloads are GPS/BD receiver, video camera, and AIS and ADS-B receivers.
Payloads in 3 cubesats:
Sat-A： Radios: one transceiver for TT&C, one communication payload Other Payloads: camera
Sat-B： Radios: one transceiver for TT&C, one communication payload Payloads: AIS receiver
Sat-C： Radios: one transceiver for TT&C, one communication payload Payloads: ADS-B receiver
The telemetry, beacon and the communication device signals details will be open to public for access, so the amateurs around the world may track the satellites, monitor the health of the satellites. Planning downlinks on VHF and on UHF with 57k6 GMSK and on 2.4GHZ with spread spectrum at1Mbps, based on the GAMANET protocol.
Expecting to be launched from China in September 2015 into an SSO at 481km.
More info at https://www.microsate.com/en/
SSO轨道，高度481公里。