设计,制造,和发射自己的个人卫星

之前在天文摄影群里面聊天，计算发现在镜子超过6寸，8寸这个级别以后，大气扰动对分辨率的影响就很大了。于是就突发奇想能不能发射一个气球或者卫星，到对流层的上面去拍。具体如何发射气球是另一个问题，最近调研了一下如何发射一颗个人卫星，惊讶地发现这比我想象得容易和便宜很多。所以在这里介绍一下。

我们普通人能负担的起的卫星叫pico setallite，应该翻译成小微行星？这种卫星的特点就是小和轻，比如一般总重不超过1kg。然后有专门的公司把它发射到低地球轨道（LEO）上去。我原来以为需要几千万美元的费用，但查询之后才发现这个费用其实非常低。比如TubeSat卫星本身的套件是6200美元，发射再加6200美元。12400美元就可以发射一颗0.75kg重的个人卫星，这个是以前没想到的。如果有更重的载荷的话，也可以选择CubeSat，1.33kg，22000美元。具体地说，你先向这个公司购买卫星套件，里面做好了框架，太阳能电板，锂离子电池和控制电路，通信天线，控制芯片（可以用Arduino IDE编程）等等。寄过来以后就可以自己加装东西了，比如传感器，惯性飞轮等机械部件，或者是任何你想送上天的东西，只要能装下而且总重量不超过规定都可以。好了以后再把这个套件寄回去，就可以等待发射啦。我联系了一下IOS这个公司，说他们最近的发射日期是明年九月，除非之前排队的人有人卫星没做好，就可以插队。

TubeSat和CubeSat卫星模块[来源]

这个卫星发射上天了以后会发生啥呢？大概的说它会被发射到LEO轨道上，以大约90分钟的周期环绕地球。在入轨的时候，卫星套件上会有一个开关就会被打开，里面的Arduino就会开始运行。LEO这个轨道其实并不算是特别“太空“，比如它还是在电离层内，所以受到的辐射还是相对较小的。这也是为什么国际空间站也在这个高度上的原因。但这也会带来一些问题。比如这里的大气其实还是有影响的，所以卫星会不断掉轨道。由于这种微型有着种种重量，体积，载荷种类上的限制（比如不允许有高压容器，不允许有有毒化学物质），很难加装有效的轨道维持装置，所以一般在3-16周的时间里，卫星就会坠入稠密的大气层烧毁。具体的时间决定于轨道的初始高度和太阳活动的强弱。哎，12400美元听个响可还行。

其实卫星在空中能做的事情也是有限的，除了重量的限制以外，还有一个问题是姿态保持。在入轨和其他小卫星一起撒出去的时候，由于碰撞或者扰动等等原因，卫星本体往往会进入瞎jb转的一个状态。如何保持一个稳定的姿态也是有讲究的。一般的方法是加装一个或多个惯性飞轮来平衡角动量，但一旦飞轮的转动速度达到上限就gg了。所以也有加装一个小线圈，利用地磁场来缓慢调节的。这里面还需要解决一个问题是就算有了调节姿态的能力，怎么知道我指向的是哪里，需要指向哪里。这里简单的一点的方法是用地球+太阳识别，复杂一点的方法是用星空进行导航（感觉就是plate solving，据说50年代的弹道导弹就是这么做的）。我看了一下star tracker，嘛，也就卖12万美元。。还是自己DIY吧。

虽然因为LEO在电离层内，电磁辐射不是太大的问题，真空对大多数电子器件也没什么影响，但太空中的极端问题还是需要解决的。直射的时候零上200多度，地球背面零下100多度，还是需要想办法让包括电池在内的组件不要gg的。传统的方法是加保温层，电池加加热电路，不知道现代的器件会不会更坚强一些。这个可能就需要专门的学习了，我看网上有一些书介绍怎样从民用级别的DIY元件造一个可以在太空中工作的小微卫星的，感觉是不错的入门读物。

那这个卫星可以干啥呢？老实说我也不知道。除了最简单的用传感器记录各种指标比如温度，磁场以外，我能想到的主要就是拍照了。在近地轨道上有一个自己的相机还是很酷的一件事情。就是数据传输和温度控制需要研究一下。此外，从性价比的角度出发也可以研究一下各种小型的推进技术，比如离子电推（需要一个高压推进剂箱比较麻烦），据说也有人通过电场偏折太阳风的方法来进行无工质驱动。还有姿态控制的一些DIY，这些技术如果能弄出来的话，感觉一方面有意思，一方面这个卫星在轨的时间也可以大大延长，也就省钱了。

那你们有什么想要用卫星干的事情呢？如果我们众筹一个卫星上天，我来技术攻关，分享数据，会有人感兴趣吗？

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