4.4  本章小结 46

结论 47

致谢 48

参考文献 49

附录A 51

附录B 55

附录C 60 

1  绪论

1.1  立方体纳卫星概述

立方体纳卫星（CubeSat）是1999年由美国斯坦福大学和加州理工大学联合制定的标准，一般是指标准尺寸为10×10×10 cm，1千克以下的小卫星，如图1.1，根据任务需要，也可将立方星扩展为双单元、三单元，甚至六单元，通过P-POD的分离装置，如图1.2所示，入轨后利用弹簧分离的方式将卫星释放出去，使得CubeSat成为纳卫星[1]。

图1.1  一单元立方星                 图1.2  P-POD星箭分离装置

立方体纳卫星的主要特点是：（a）轻小型化、轻量化、低功耗和低成本；(b) 一体化、模块化和标准化；（c）功能扩展性强；（d）可快速组网、分散部署、生存能力强;(e) 使用灵活、可即时发射[2]。

立方星的主要用途包括：科学探索、技术在轨演示验证、星间或星地通信、卫星组网等。立方体纳卫星运行在低地球轨道，空间分辨率高，组网后可提高重访频率，提高近地轨道的连续监视和侦察能力，同时，由于轨道低，通信传输损耗和延时时间减少，生存能力和灵活性强，可组成全球网络实时通信[3]。

1.2  QB50项目背景

自2003年6月30日，第一套立方星的六星平台由俄罗斯运载火箭送入轨道后，全球至少60所大学和研究所参与到立方星技术的研究中，250颗立方星已经或即将被送入轨道。立方体纳卫星具备普通卫星的所有功能，包括姿态的确定与控制、星上数据处理和存储功能，并带有一些技术验证模块，小型传感器或相机等。

我国还未发射过按照CubeSat标准研制的卫星。按照目前国际CubeSat卫星开发的经验，立方体纳卫星的研制和发射成本在100万元人民币左右，这种低成本的纳卫星很适合在我国推广。同时，CubeSat标准规定大量使用商用元器件，使高校以立方体纳卫星为平台进行空间探索成为可能。

欧洲委员会下属第七框架协议的QB50项目准备同时发射50颗两或三单元的CubeSat，对目前人类尚未深入涉足的低热层大气进行探测，如图1.3，将进行在轨、多点和长时间测量，建立低热层大气成分、温度、阻力的模型，同时开展卫星再入大气层（返回）的相关研究，QB50计划开辟了国际合作研制大型立方体纳卫星网络的新模式，同时也验证利用低成本小型固态火箭发射大型立方体卫星网络的可行性[4]。 

  QB50任务对90-320Km大气区进行探测

2012年，国内的7所高校，包括南京理工大学参与了比利时冯卡门流体力学研究所（VKI，Von Karman Institute of Fluid Dynamics）牵头的欧盟QB50项目，旨在研制和发射自己的立方星。我校申请研制一颗双单元立方体纳卫星NJUST-1，除完成低热层大气在轨探测任务外，还将在轨验证星间组网和通信技术，验证自研的微纳部组件以及卫星总体技术，从而推动CubeSat技术的实用化，以纳卫星平台带动微系统集成，突破多项纳卫星支撑技术，牵引微电子、微机电等技术的发展，推动立方星平台技术在我国向标准化、平台化、产业化方向发展。

1.3  星务计算机概述

星务计算机OBC（On Board Computer）是立方体纳卫星的重要组成部分，是卫星控制和计算系统的核心，具有卫星姿态的确定与控制、星上数据处理和存储等功能。