微纳卫星高精度三轴磁强计设计与开发(2)
3.5 本章小结 23
4 系统性能评价 24
4.1 试验测试 24
4.2 结论分析 26
4.3 本章小结 26
结 论 27
致 谢 28
参考文献29
1 引言
三轴磁强计是卫星姿态确定及控制系统的重要组成部分[2]。三轴磁强计的基础功能是测量地磁场矢量在仪器坐标轴上的分量,通过卡尔曼滤波器计算低轨道卫星的姿态。[3]通过学习国内外微纳卫星姿态确定的设计，初步确定适合NJUST-1的三轴磁强计的设计方案。
1.1研究背景
1.1.1微纳卫星
随着计算机、新材料、微纳米、微电子机械、高密度能源以及空间推进技术的迅速发展，微小型航天器的重量和尺寸显著减小。从20世纪80年代末开始，以微纳卫星为代表的微小型航天器以一种全新的设计理念成为航天领域最活跃的研究方向，并已广泛应用于数据通信与传输、地面与空间环境监测、导航定位以及科学试验等诸多领域[4]。
微纳卫星通常指质量小于10千克、具有实际使用功能的卫星。微纳卫星是基于微电子技术、微机电技术、微光电技术等微米/纳米技术而发展起来的，体现了航天器微小化的发展趋势。微纳卫星技术研究及其组网应用技术是国际卫星技术研究的热点之一，属高新技术探索范畴[5]。目前，立方体纳卫星以其标准化的结构设计和先进的理念，成为了微纳卫星领域的主要研究方向。
立方体纳卫星（Cubesat），于1999年由斯坦福大学(Bog Twiggs)和加州理工学院(Jordi Puig-Suari) 提出，并成为超微型卫星的通用标准。该规范指出：尺寸10cm×10cm×11cm、质量约1.33kg的为1U立方体纳卫星，尺寸10cm×10cm×22cm、质量约2.66kg的为2U立方体纳卫星，尺寸10cm×10cm×34cm、质量约4kg的为3U立方体纳卫星.通过标准化的发射机构，可以将标准结构立方体纳卫星送入近地轨道[6]。
图1.1a 1单元立方星
图1.1b 2单元立方星 图1.1c 3单元立方星
1.1.2欧盟QB50项目
QB50项目是由比利时冯卡门流体力学研究所牵头，联合欧空局、西北工业大学、斯坦福大学等研究机构共同提出，欧盟出资确定的第七框架协议旗舰项目。项目采用 50 颗卫星组网，实现对目前人类尚未深入涉足的低热层（90～300km）大气的中性粒子、带电离子的组成与分布、阻力参数、大气温度与磁场进行多点在轨测量，同时开展卫星再入大气层过程的相关研究[7]。所有50颗卫星将由来自全球30多个国家和地区的大学生们研制完成，中国的哈尔滨工业大学、西北工业大学、国防科技大学、南京理工大学、北京航空航天大学、浙江大学、上海科技大学7所高校入选。项目计划于 2015 年 4 月由乌克兰提供的运载火箭同时发射，轨道高度约380km，轨道倾角为79°。卫星从发射到坠落生命周期为大约3个月。[8]
1.1.3 NJUST-1双单元立方星
南京理工大学于2012年4月加入欧盟第七框架QB50项目，自主研制双单元标准大气探索立方星NJUST-1，对地球低热层90-380km大气组成进行实地、长时、在轨探测。机械学院成立了微纳卫星研究团队，进行NJUST-1卫星的研制，目前已完成NJUST-1卫星的方案论证工作，转入初样研制阶段。完成了VHF/UHF卫星地面站及其任务控制中心的建设。预计发射时间为2016年4月，轨道高度380公里，太阳同步轨道。
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