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像乐高一样的小卫星正在太空中执行任务丨硬科技

这些小小的、便宜的小卫星像乐高一样相互连接,将能解决航空任务中的许多问题。

图片来源:NovaWurks

记者 | 徐诗琪

编辑 |

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近日,美国著名军工生产厂商诺思罗普·格鲁曼表示,一家初创公司Saturn Satellite Networks将成为火箭OmegaA的第一个客户。Saturn将在2021年,于OmegaA上装载一到两个小型卫星。

今年9月,Saturn才以七位数的价格并购了NovaWurks——一家以生产“乐高式卫星”出名的太空创业公司。

乐高式小卫星在太空中可以像拼积木一般,彼此连接,并同时工作。它们实际上叫做“小型模块化卫星(satlets)”,比A4纸还小,只有几英寸厚。

在未来几年里,这种模块化方法可能会用在越来越多的太空任务中。

尽管很小,这些卫星的功能却很完备——和地球通信,在空间中移动,处理数据,提供动力源等等。只需要在发射前将摄像头、辐射传感器或计算机电路挂上去,然后将它整个发送到太空中即可。

想法很完善,但这只是一个正在进行中的尝试。

2018年,spaceX的火箭猎鹰9号就搭载了NovaWurks公司生产的60多枚小卫星——eXCITe。

发射当日,火箭升至指定高度后,卫星进入了轨道。一切看起来很顺利,大多数附带的仪器以及航天器本身的表现都跟预期的差不多。

但问题很快出现,地面无法将命令发送到航天器的某些设备上。该航天器在连接某些有效载荷时遇到技术困难,其插入的8个有效荷载中,有3个无法接受并执行地面指挥。

当时eXCITe卫星上有一些合作伙伴的实验性附件,那些附件的表现也不如人意。

其中之一是由南加州大学信息科学研究所的戴维·巴恩哈特领导的计算实验Maestro。巴恩哈特说,他的目标是证明一个49核心处理器能在抵抗太空辐射的情况下正常工作。由于功率限制和应对辐射的需求,目前太空系统中的芯片和处理器已经落后。“那些耐辐射的处理器是你能想象到的最慢的处理器,”他解释道。

对于Maestro而言,加入eXCITe卫星的好处很简单:它是免费的。但是由于通讯故障,巴恩哈特没有收回任何数据。不过他的团队确实了解到,他们可以同时构建有效载荷和软件,以确保处理器内核在轨道上运行。

另一个没能在eXCITe发挥作用的有效载荷是R3S,这是NASA的一种仪器,旨在帮助测量航空公司员工受到了多少辐射。兰利研究中心的小卫星负责人说:“(火箭升空后)他们始终没法打开R3S。”但是她像巴恩哈特一样,对这一结果不以为然。她说:“这首先就是一个高风险的项目。” “我们应该承担那种风险。”

尽管如此,对比起更美好的前景,这种程度的失败还是可以接受的。毕竟,如果航天器组件能像计算机设备一样具有“即插即用”功能,将会显著降低空间系统设计、制造、测试和运行成本。

小型模块化卫星的突出特点就是使用开放式架构。按照模块化划分标准,可以把卫星整体划分成多个功能模块,每个功能模块都是独立整体,能独立完成一项或多项任务。且各个功能模块采用标准统一的接口,多个模块组接到一起后,成为更大的集成模块。

理论上,一个集成后的模块还可以能够重新分配资源,来修复自身:一组小卫星可以彼此共享功能,并根据不断变化的需求调整工作量。例如,如果其中一个卫星有一块电池坏了,其他伙伴卫星便可以提供帮助。

这种方法使向太空发射东西的风险降低了,对于开发人员来说,发射的效率也更高了,因为他们不需要花时间从头开始定制一整个卫星。

Darpa(美国国防高级研究计划局)于2011年启动了“凤凰计划”。该计划的目标之一就是弄清楚是否有可能将小型卫星组合成大型卫星。2012年,NovaWurks公司开始与Darpa合作,最终成为凤凰计划部分项目的主要承包商。

目前,NASA、美国空军等组织目前都正在部署计划,为这些“乐高式卫星”提供发射机会。虽然技术尚未成熟,会造成许多风险,但太空旅程本来就充满了冒险,它们需要为冒险做好准备。

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