廉價的芯片尺寸衛(wèi)星圍繞地球運行

十年前，雖然還是博士。扎克曼徹斯特康奈爾大學(xué)的學(xué)生想象建造可能共同研究地球或探索太空的芯片級衛(wèi)星。6月3日，由于美國宇航局艾姆斯研究中心宣布成功部署史上最大的ChipSats，曼徹斯特現(xiàn)在是斯坦福大學(xué)的助理教授，已經(jīng)在設(shè)想這項技術(shù)的未來。

“這就像空間的PC革命一樣，”去年加入航空航天學(xué)院的曼徹斯特說。“我們已經(jīng)證明，成群的廉價小型衛(wèi)星有可能在某一天完成由更大，更昂貴的衛(wèi)星完成的任務(wù)，這使得任何人都可以負擔(dān)得起儀器或?qū)嶒炦M入軌道。”

曼徹斯特的團隊于3月18日將105個ChipSat部署到低地球軌道，并在第二天檢測到他們相互發(fā)送的信號，證明了他們作為一個群體進行通信的能力，這是作為一個群體運作的先決條件。從那時起，研究人員一直在與NASA合作完成任務(wù)數(shù)據(jù)分析的第一階段。

小而便宜

每個ChipSat都是比郵票略大的電路板。每個ChipSat的價格低于100美元，每個芯片使用太陽能電池為其基本系統(tǒng)供電：無線電，微控制器和傳感器，使每個設(shè)備能夠定位并與同行進行通信。曼徹斯特表示，未來ChipSats可能包含針對特定任務(wù)量身定制的電子設(shè)備。例如，它們可用于研究天氣模式，動物遷徙或其他陸地現(xiàn)象。航天應(yīng)用可能包括繪制環(huán)繞其他行星的小行星或衛(wèi)星的表面特征或內(nèi)部組成。

“太空探索的最大成本是發(fā)射，我們正在努力創(chuàng)造能夠執(zhí)行有用任務(wù)的最小，最輕的衛(wèi)星平臺，”曼徹斯特說。

ChipSats是原型，專門用于繞地球軌道運行幾天，然后再重新進入大氣層。但是，從這次實驗中收集的數(shù)據(jù) - 有史以來最小的工作衛(wèi)星同時部署 - 有助于驗證曼徹斯特在衛(wèi)星技術(shù)小型化方面邁出下一步的目標(biāo)。

自從Sputnik于1957年發(fā)射以來，國家和后來的公司已經(jīng)競相將衛(wèi)星送入軌道用于軍事和民用目的。然而，以10,000美元將一磅有效載荷送入太空，發(fā)射成本一直是進入的巨大障礙。但是在1999年，當(dāng)斯坦福大學(xué)和加州理工大學(xué)的研究人員定義和推廣CubeSat時，取得了突破：一個輕型，4立方英寸的容器，可以進行小規(guī)模的科學(xué)任務(wù)。CubeSats完全符合NASA的目標(biāo)，即開發(fā)更小，更便宜的任務(wù)，讓更多的研究人員有機會擊敗成本障礙并將實驗發(fā)送到太空。

成功之路

2009年，在與康奈爾大學(xué)教授Mason Peck一起學(xué)習(xí)的過程中，曼徹斯特設(shè)想如何將衛(wèi)星的電子本質(zhì)設(shè)計成比CubeSat更便宜，更容易構(gòu)建的設(shè)備。在2011年，他通過將項目放在Kickstarter.com上為他的項目進行了眾籌，迅速從315名貢獻者那里籌集了大約75,000美元，他最初稱之為KickSat項目的出生。“我希望讓任何人都能輕松而實惠地探索太空”曼徹斯特當(dāng)時就這么說。

自從他在來到斯坦福大學(xué)之前通過哈佛大學(xué)和美國宇航局艾姆斯的研究工作追求這一愿景。他很失望。2014年，曼徹斯特的第一個KickSat項目被發(fā)射到載有100個ChipSats的太空中，但是一個小故障導(dǎo)致實驗衛(wèi)星重新進入大氣層并在部署之前燃燒起來。

無所畏懼，曼徹斯特以及康奈爾大學(xué)，卡內(nèi)基梅隆大學(xué)和美國宇航局艾姆斯的合作者為最近的任務(wù)重新設(shè)計了ChipSats。他們將105個ChipSats裝入一個名為KickSat-2的CubeSat母艦，該母艦于11月17日發(fā)射到國際空間站。幾個月來，曼徹斯特等待美國宇航局的綠燈將Kick-Sat-2內(nèi)的ChipSats部署到低地球軌道。

當(dāng)斯坦福大學(xué)校園后面的60英尺長的碟子發(fā)出部署命令時，那一刻終于來了。另一個焦慮的日子過去之前，曼徹斯特得知敏感碟形天線已經(jīng)檢測到來自ChipSats的微弱信號，這意味著它們正在運行。曼徹斯特與世界各地的合作者一起跟蹤ChipSats，因為他們傳輸數(shù)據(jù)直到重新進入大氣并在3月21日燃燒起來。

受到這一成功的鼓舞，曼徹斯特表示他將繼續(xù)努力，在不久的將來，世界各地的學(xué)生，業(yè)余愛好者和公民科學(xué)家可以像現(xiàn)在駕駛無人機一樣輕松地建造和發(fā)射他們自己的微型衛(wèi)星任務(wù)。