天文太空

太空科學新要角——立方衛星

立方衛星低廉的成本、標準化的簡單構造,讓人人都能實行自己的太空計畫。

撰文/方(Alex Soojung-Kim Pang)、特維格斯(Bob Twiggs)
翻譯/甘錫安

天文太空

太空科學新要角——立方衛星

立方衛星低廉的成本、標準化的簡單構造,讓人人都能實行自己的太空計畫。

撰文/方(Alex Soojung-Kim Pang)、特維格斯(Bob Twiggs)
翻譯/甘錫安

重點提要
■標準化的人造衛星製作技術,已經使太空任務成本更低廉、技術也更容易取得。
■這類總體積1000立方公分、重量一公斤的立方衛星(CubeSat)通常由許多通用的元件組成,可以跟著其他任務的火箭一起升空。
■CubeSat的開發期間可短至一年,還可連接太空感測器網絡,大多數也會在短時間內落回地面,因此不會增加軌道上的太空垃圾。
■各大學、公司、國家,甚至有興趣的個人,都可利用CubeSat執行嚴謹的科學任務,從大氣物理到微重力實驗,都可藉此進行研究。

自從50多年前蘇聯的史波尼克號(Sputnik)揭開人造衛星時代的序幕以來,天空就一直是大型機構的勢力範圍。目前在地球軌道上取得一席之地的幾千枚人造衛星,幾乎都是各國政府和大企業執行大規模計畫的成果。幾十年來,人造衛星一代比一代複雜、昂貴,設計耗時更久,而且還必須有成本高昂的發射裝備、全球監控站、任務執行專家和研究中心做為後盾,才能竟其全功。

不過,電子學、太陽能和其他相關科技近幾年來的進展,讓我們把人造衛星的尺寸大幅縮小了。稱為「立方衛星」(CubeSat)的新型人造衛星不僅可讓小型衛星的設計大幅簡化並標準化,還可將單一人造衛星的開發、升空及運作成本降低到10萬美元以下,與美國航太總署(NASA)或歐洲太空總署(ESA)的典型任務預算相比,只是九牛一毛。

CubeSat的大小和玩具紙盒相仿,而直到最近,大多數科學家也仍認為CubeSat和玩具相差無幾。CubeSat的基本構想是提供人造衛星尺寸和重量的標準規格,再將許多顆人造衛星(分別由不同的科學家、研究生和工程師團隊製作)整合成單一火箭酬載,然後附加在成本高出許多、又有一點多餘空間的其他任務上一起升空。如此一來,火箭升空的高昂費用可以由所有參與的機構共同承擔。另外,CubeSat的設計標準可讓參與機構共用設計特性與技術,以及購買現成的組成元件。

CubeSat概念問世至今,美國、亞洲、歐洲和拉丁美洲的科學家已經成功發射了至少20多枚CubeSat,功能五花八門,從微重力環境下的生物醫學實驗到研究高層大氣都有。CubeSat成本低、開發時程短、使用者遍佈全球,又適合當做教學工具,因此越來越普及,大學研究團隊(成員通常是大學生及研究生)在世界各地迅速增加。CubeSat也使小國家、新創公司,甚至高中研究團隊有機會發展自己的太空計畫。發射成本或許很快就能降低到一萬美元左右,就連沒有接觸過太空科技的人也有機會參與。我們認為,CubeSat將在太空科技領域產生如同30年前蘋果二號在電腦領域發揮的效用:將眾所周知但以往門檻甚高的技術,下放到一般大眾手中。

【欲閱讀更豐富內容,請參閱科學人2011年第110期4月號】