衛(wèi)星、火箭、宇宙飛船，長(zhǎng)期以來(lái)在普通人眼中是遙不可及的高科技產(chǎn)物，普通人想要觸及這個(gè)領(lǐng)域幾乎是不可能的。即便是創(chuàng)造了Paypal和特斯拉汽車，有現(xiàn)實(shí)版“鋼鐵俠”之稱的埃隆·馬斯克在這條路上走得也不平坦，他的獵鷹系列運(yùn)載火箭屢屢遭遇挫折，每次都是損失慘重。
不過(guò)，如果我告訴你，一臺(tái)市面上可以直接買到的普通智能手機(jī)經(jīng)過(guò)改造就能變身為人造衛(wèi)星，你會(huì)相信嗎？其實(shí)，已經(jīng)有人做出了這樣的衛(wèi)星并且成功發(fā)射到了太空。這正是近年來(lái)太空探索領(lǐng)域里非常熱門的微型衛(wèi)星課題。
這樣的微型衛(wèi)星有很多的特點(diǎn)：
體積小——占空間在1升內(nèi)；
重量輕——1公斤左右；
成本低，門檻低——民間團(tuán)體甚至個(gè)人也能承擔(dān)得起，而且即使發(fā)射失敗損失也不大，相比之下傳統(tǒng)大衛(wèi)星的成本動(dòng)輒上億美金，一旦發(fā)生不測(cè)就會(huì)造成難以估量的經(jīng)濟(jì)損失；
發(fā)射成本相對(duì)很低——正因?yàn)橹亓枯p體積小，所以可以使用成本較低的小載荷火箭，而且能一枚發(fā)射數(shù)十顆衛(wèi)星，分?jǐn)偘l(fā)射成本，甚至能免費(fèi)搭順風(fēng)車上天。
所謂麻雀雖小五臟俱全，微型衛(wèi)星也能完成各種類型的科研任務(wù)，而且由于數(shù)量上的優(yōu)勢(shì)在某些特定條件下工作效率比大衛(wèi)星更高。實(shí)際上這個(gè)課題在國(guó)外已經(jīng)非常熱門了，谷歌在2014年就以5億美元收購(gòu)了一家微型衛(wèi)星公司Skybox Imaging，據(jù)說(shuō)這家公司曾經(jīng)用自己拍攝的衛(wèi)星圖片成功預(yù)測(cè)了iPhone 6的上市時(shí)間。
看看曾經(jīng)出現(xiàn)過(guò)的微型衛(wèi)星： 納米衛(wèi)星 這是美國(guó)軍方在上世紀(jì)90年代做過(guò)的探索，隨著大規(guī)模集成電路的進(jìn)步，人們發(fā)現(xiàn)衛(wèi)星中的電路部分可以集成得非常小。所以很多國(guó)家的軍方都隨之跟風(fēng)，造出了重量小于十公斤，但是具備實(shí)用功能衛(wèi)星，它們可以用于通信、軍事、地質(zhì)勘探、環(huán)境與災(zāi)害監(jiān)測(cè)、交通運(yùn)輸、氣象服務(wù)、科學(xué)實(shí)驗(yàn)、深空探測(cè)等方面。
但是需要注意的是，這種衛(wèi)星只是體積小，技術(shù)含量和成本并不低，其工藝要求也是軍工級(jí)別的。
CubeSat 這是一種體積不超過(guò)一升，重量不超過(guò)1.3公斤的，使用現(xiàn)成技術(shù)和器材打造而成的微型衛(wèi)星。其原型最早由加州州立理工大學(xué)和斯坦福大學(xué)開(kāi)發(fā)出來(lái)，受到學(xué)術(shù)團(tuán)體、無(wú)線電愛(ài)好者甚至一些商業(yè)公司的支持，我們?cè)贙ickstarter眾籌網(wǎng)站上就能找到不少這種項(xiàng)目。
一個(gè)叫Pumpkin Inc的公司專門生產(chǎn)CubeSat組裝套件，售價(jià)7500美元，有大學(xué)客戶買來(lái)研究閃電、跨洋追蹤船舶、以及測(cè)試高空大氣層里的雷達(dá)波行為。
CubeSat由成熟技術(shù)和配件組成
PhoneSat 顧名思義，PhoneSat就是基于智能手機(jī)的人造衛(wèi)星。這是NASA正在進(jìn)行中的一個(gè)項(xiàng)目，它直接使用市場(chǎng)上買來(lái)的Android智能手機(jī)作為核心組件，由于智能手機(jī)已經(jīng)內(nèi)置了高性能CPU和大容量存儲(chǔ)器、攝像頭、加速度傳感器、羅盤儀、GPS模塊和通信模塊，這些都可以大量節(jié)省衛(wèi)星的制造成本。NASA曾經(jīng)使用Nexus One和Nexus S手機(jī)為核心，制造出多個(gè)版本的PhoneSat，他們的成本據(jù)稱在3500-7000美金左右，并且控制軟件和固件已經(jīng)開(kāi)源。
2013年4月，兩顆PhoneSat 1.0和一顆PhoneSat 2.0升空，完成了幾項(xiàng)簡(jiǎn)單任務(wù)：發(fā)送自身狀態(tài)數(shù)據(jù)到地面、拍攝地球照片、與銥星進(jìn)行數(shù)據(jù)通信試驗(yàn)。2014年4月，新款PhoneSat 2.5搭乘SpaceX公司的獵鷹9號(hào)火箭順風(fēng)車升空。
NASA的PhoneSat手機(jī)衛(wèi)星
STRaND-1 這是英國(guó)薩里大學(xué)和薩里衛(wèi)星科技公司研發(fā)的基于Android手機(jī)的衛(wèi)星，同樣也搭載了一臺(tái)Nexus One手機(jī)。雖然NASA是“手機(jī)星”概念的提出者，但STRaND-1搶在NASA之前，于2013年2月搭乘一顆印度火箭成功升空。
STRaND-1手機(jī)衛(wèi)星
好玩：不服在太空里跑個(gè)分！ 人造雖然價(jià)值不菲，但它們搭載的電腦卻不一定強(qiáng)勁。例如每年傳回大量絢麗深空照片的哈勃望遠(yuǎn)鏡，CPU不過(guò)是586級(jí)別。2012年到達(dá)火星的好奇號(hào)火星車，CPU型號(hào)叫BAE RAD750，是基于PowerPC 750發(fā)展而來(lái)的，主頻才200MHz，性能和十幾年前的蘋果G3電腦同級(jí)。當(dāng)然，BAE RAD750也有它的牛逼之處，能在極端環(huán)境下穩(wěn)定工作，能防輻射，它可以抵御宇宙射線的沖擊，所以應(yīng)用在很多高端衛(wèi)星上。
這樣一來(lái)，如果你現(xiàn)在發(fā)射一顆搭載最新8核處理器(比如高通驍龍810)的手機(jī)衛(wèi)星上天，她的性能立馬就能稱霸太空。不服在太空里跑個(gè)分！
手機(jī)加上這些才能成為衛(wèi)星 智能手機(jī)是為身處地球環(huán)境的人所設(shè)計(jì)的，直接把它發(fā)射到太空環(huán)境中工作，肯定不行。一般來(lái)說(shuō)，手機(jī)星至少還要配備防護(hù)宇宙射線的裝備、姿態(tài)控制設(shè)備、遠(yuǎn)距離無(wú)線通信模塊、太陽(yáng)能電池板等人造衛(wèi)星的必備組件。而這些也是能夠購(gòu)買到的現(xiàn)成商品，那就是前面提到的CubeSat，將它與智能手機(jī)結(jié)合到一起，就成了一臺(tái)高性能的微型衛(wèi)星。
CubeSat微型衛(wèi)星套件
最大的成本是發(fā)射 智能手機(jī)改造成的衛(wèi)星，成本降到了個(gè)人能承受的程度，但距離真正上天還有最大的一道門檻——發(fā)射，這也是成本最高的一環(huán)。要讓任何一顆衛(wèi)星進(jìn)入近地軌道，運(yùn)載火箭都需要消耗大量的高能燃料；而箭體一般都是一次性使用，浪費(fèi)很大；而火箭引擎技術(shù)含量高，只有少數(shù)國(guó)家的政府或者公司能夠掌握。
資料顯示，日本的H2A火箭近地軌道發(fā)射能力是10-15噸，單次發(fā)射成本達(dá)100億日本(約合5億人民幣)；中國(guó)長(zhǎng)征系列火箭的發(fā)射成本約為這個(gè)數(shù)字的一般；SpaceX公司的獵鷹9號(hào)火箭近地軌道發(fā)射能力超過(guò)10噸，單次發(fā)射報(bào)價(jià)約5千萬(wàn)美元。
這些大型火箭顯然不適合用來(lái)發(fā)射微型衛(wèi)星，但是更小的火箭雖然整體成本低一些，但是每公斤發(fā)射成本并不低。例如SpaceX公司的小型火箭獵鷹1號(hào)能發(fā)射700公斤貨物到近地軌道，總價(jià)850萬(wàn)美元，每公斤成本是一萬(wàn)多美元。
馬斯克與獵鷹9號(hào)火箭
降低發(fā)射成本的希望 目前來(lái)看，比較熱門的降低發(fā)射成本方案是可重復(fù)利用火箭技術(shù)，根據(jù)計(jì)算這種技術(shù)能將價(jià)格降低90%以上，但至今沒(méi)有達(dá)到成熟的地步。SpaceX公司的獵鷹火箭只能實(shí)現(xiàn)部分回收，全箭回收的試驗(yàn)一直沒(méi)有獲得成功。
另有一種火箭中的“屌絲”在經(jīng)過(guò)適度改造后也是一個(gè)希望，那就是探空火箭。其成本和結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于運(yùn)載火箭，但某些型號(hào)也能達(dá)到200-300多公里的高度，這是美國(guó)航天飛機(jī)的軌道高度；日本甚至有能飛到800公里高空的型號(hào)。探空火箭的載重能力從幾公斤到一百多公斤，但從載重能力和飛行高度來(lái)說(shuō)完全滿足微型衛(wèi)星的需求。國(guó)內(nèi)已有民營(yíng)創(chuàng)業(yè)公司在做相關(guān)的業(yè)務(wù)。
搭順風(fēng)車、團(tuán)購(gòu)也許能解決發(fā)射難題 用搭順風(fēng)車的方式將微型衛(wèi)星送上天，對(duì)預(yù)算不高的民間團(tuán)體來(lái)說(shuō)應(yīng)該是最方便的一種方式。例如前面提到的NASA PhoneSat 2.5就是搭獵鷹9號(hào)火箭上的天；2014年8月，一位俄羅斯宇航員在進(jìn)行太空行走時(shí)，順道用手就把一顆微型衛(wèi)星釋放到了軌道上。
搭順風(fēng)車固然可以免費(fèi)，但這樣機(jī)會(huì)卻太稀少。你想找“鋼鐵俠”馬斯克搭獵鷹火箭上天，可是誰(shuí)知道你前面還排著多長(zhǎng)的隊(duì)呢？
所以大家湊份子，團(tuán)購(gòu)一顆火箭，也是一個(gè)能解決實(shí)際問(wèn)題的辦法。2013年11月，美國(guó)和俄羅斯相繼完成“一箭二十九星”和“一箭三十二星”發(fā)射；2014年1月，美國(guó)又創(chuàng)造了“一箭三十四星”的紀(jì)錄。有了這些技術(shù)基礎(chǔ)，多家民間團(tuán)體就可以考慮團(tuán)購(gòu)一顆類似獵鷹1號(hào)的廉價(jià)小型火箭，分?jǐn)偘l(fā)射成本。
NASA手機(jī)衛(wèi)星傳回的地球圖片
手機(jī)星將成為極客新玩具 現(xiàn)在的手機(jī)性能和功能越來(lái)越強(qiáng)大，但在絕大多數(shù)玩家手里只是用來(lái)玩玩游戲上上網(wǎng)。真正富有探索精神的玩家肯定不限于這些簡(jiǎn)單的玩法，隨著CubeSat套件和相關(guān)資料的開(kāi)源，微型衛(wèi)星在國(guó)外已經(jīng)成為一些極客玩家的新玩具。國(guó)內(nèi)相信很快也會(huì)成為潮流。
文/老范
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