从AMSAT网站提供的爱好者通联记录来看,我国目前在轨的业余卫星共计10颗,分别是XW-2系列、CAS-4系列、LilacSat-2、FMN-1,详见表1。
上述卫星中的操作者既有业余卫星组织,也有商业公司,还有大学,丰富的参与单位为业余卫星的相关活动开展提供了大量的机会和平台。
一、XW-2(CAS-3)系列卫星
2015年9月20日清晨7时01分,希望二号系列卫星群从太原卫星发射中心成功发射升空。该系列由六颗卫星组成,包括:XW-2A,一颗重量达20公斤的皮卫星;XW-2B、XW-2C和XW-2D,三颗各重10公斤的皮卫星;以及XW-2E和XW-2F,两颗各重1公斤的立方星。这标志着中国在微小卫星领域的又一次重要进展。
(1)XW-2A卫星
XW-2A(CAS-3A)卫星携带有U/V模式20kHz带宽线性转发器,运行在400km高度的太阳同步轨道。
图1 XW-2A卫星示意图
(2)XW-2 B/2C/2D卫星
XW-2B/2C/2D(CAS-3B/3C/3D)是一组相同的卫星队列,都携带U/V模式20kHz线性转发器,运行在500km高度的太阳同步轨道。
图2 XW-2B/2C/2D卫星示意图
(3)XW-2E/2F卫星
XW-2E/2F(CAS-3E/3F)是两颗小卫星,同样携带U/V模式20kHz线性转发器,运行在500km高度的太阳同步轨道。
图3 XW-2E/2F卫星示意图
下图为希望二号系列卫星的转发器频率配置情况。
图4 XW-2E系列卫星频率配置示意图
XW-2系列卫星装备了业余无线电爱好者常用的VHF/UHF频段(145/430MHz)的转发器。这些卫星均配备了统一的线性转发器和相同长度的四分之一波长单极鞭状天线。每颗卫星都安装了一套UHF天线和一套VHF天线,具体配置如下所示,详细的频率设置方案如下:
表2 希望二号系列卫星的上行频率
表3 希望二号卫星的下行频率配置表
希望二号系列卫星采用了集成化设计理念,实现了星上电子设备的标准化、星载设备的通用化以及星内设备的无缆化。通过这一系列卫星的研发,我国相关机构探索并实践了皮纳卫星的初步应用,掌握了皮纳卫星在轨自主管理、多模式异构备份等关键技术。这些成就标志着我国在通用化、标准化皮纳卫星产品体系和标准协议方面取得了初步成果,为未来应用型皮纳卫星的发展和应用打下了坚实的基础。
二、LilacSat-2(CAS-3H)卫星
LilacSat-2(CAS-3H)卫星,即紫丁香2号卫星,由哈尔滨工业大学研制,携带 V/U频段的FM转发器,目前运行在500km高度的太阳同步轨道上。LilacSat-2与XW-2系列卫星使用同一颗长征6火箭以一箭 20 星的形式成功发射,下图为紫丁香一号卫星的星上结构和功能模块示意图。
图5 紫丁香一号卫星的星载
测控收发信机A是一款基于IQ零中频/低中频架构的V/U频段软件无线电收发信机,具备多通道收发能力,并能灵活配置与切换多种射频参数。它支持多种下行模式,包括1.2/9.6 kbps BPSK、1.2 kbps MSK、1.2 kbps AFSK以及FM等,最大输出功率达到27 dBm;上行模式则包括AFSK、FM等。测控收发信机B则是一款L/U频段的FSK收发信机,支持全双工工作模式,下行码速率为1.2/4.8 kbps,最大输出功率同样为27 dBm。
紫金山一号卫星的核心任务是建立飞行软件在轨试验平台,旨在分析空间单粒子效应对FPGA软件功能和性能的影响。此外,卫星还利用星上电子设备进行全球航班ADS-B状态信息监测和大型野生动物踪迹跟踪等任务。卫星还搭载了一台工业红外相机,探索利用纳卫星进行对地环境监测的可行性和有效性,为未来的空间技术应用提供了新的视角。
图6 紫丁香一号卫星结构图
紫丁香2号卫星的射频系统包括测控收发信机A、测控收发信机B、GPS/BD2接收机、宽频接收模块和配属的天线,组成框图如图所示。
图7 紫丁香一号卫星射频系统组成框图
紫丁香一号卫星的UHF频段天线由4根倾斜的1/4波长振子组成双圆极化全向阵列;VHF天线和AIS天线为使用钛镍记忆合金材料的1/4波长展开天线;L频段天线和BG2/GPS天线为微带天线。
紫丁香一号的特别之处在于,该卫星由哈尔滨工业大学的15名大学生设计建造,是大中小学生参与航天探索的有益尝试。
三、CAS-4系列卫星
CAS-4(ZhuHai-1/2)系列是中国搭载在遥感卫星上的业余无线电载荷,目前有两颗在轨卫星,即CAS-4A和CAS-4B。这两颗卫星分别搭载在珠海1号星座中的OVS 1A和OVS 1B两颗遥感卫星上,于2017年6月15日成功发射,运行在高度为500公里的倾斜轨道上。这些卫星不仅装备了U/V段线性转发器,用于业余无线电通信(下行频率为145MHz频段/上行频率为435MHz频段),还承担着光学遥感的任务。
具体来说,CAS-4A卫星的线性转发器下行频率为145.87MHz,上行频率为435.22MHz,遥测频率为145.835MHz;而CAS-4B卫星的线性转发器下行频率为145.925MHz,上行频率为435.280MHz,遥测频率为145.890MHz。这些频率使得业余无线电爱好者能够通过这些卫星进行全球范围内的通信,同时也为卫星通信和遥感技术的研究提供了宝贵的数据和经验。
图8 珠海一号卫星效果图
CAS-4系列的两颗卫星是由民营航天机构发射的卫星,特别之处在于这两颗卫星搭载在遥感卫星上,是另一种有益的尝试。
四、FMN-1(FENGMANIU-1)卫星
2018年2月2日15时51分,中国在酒泉卫星发射中心成功发射了国内首颗私人卫星“风马牛一号”。卫星的发起人、御风资本董事长冯仑表达了他的愿景,即通过“风马牛一号”实现卫星与手机互动娱乐的融合,探索媒体的新形态。这颗卫星的尺寸为300mm100mm100mm,大约与一个鞋盒大小相当,重量为4公斤,功耗为8瓦。它装备了4K高清全景摄像头,能够捕捉并传输360度的太空高清照片。
“风马牛一号”不仅是探索空间业务新应用的一次尝试,还搭载了业余无线电载荷,为全球无线电爱好者提供了一个通信平台。卫星的上下行频率分别为145.945MHz和435.35MHz,这使得它能够在全球范围内进行信号传输和接收,为爱好者们提供了一个独特的交流和探索空间的新途径。
图9 风马牛一号卫星效果图
“风马牛一号”卫星以其创新的理念,首次将卫星技术与媒介内容相结合,开启了卫星作为传播媒介的新时代。这颗卫星不仅承载着内容传播的使命,还将搭载童声合唱版的《千字文》进入浩瀚的太空,将孩子们纯净而美妙的歌声传递到宇宙之中。
图10 风马牛一号卫星效果图
“风马牛一号”作为全球首颗全景卫星,不仅是一个创新的媒介平台,更是一座连接遥远太空与地球的桥梁。它通过先进的科学技术,打破了时间和空间的限制,将宇宙的壮丽景象和声音传递给每一个人。这颗卫星不仅没有增加人们与太空之间的距离感,反而以其新颖的媒介形式和内容,激发了公众的参与热情和互动兴趣。在卫星发射前夕,风马牛团队发起了一项征集梦想语音的活动,吸引了数千人参与,他们的祝福将随着卫星遨游太空,最终返回地面。
“风马牛一号”的成功发射,得益于中国民用航天技术的快速发展。该团队不仅致力于公益活动,还专注于航天教育,旨在形成积极的社会效应。风马牛团队将独立开发一系列卫星信号接收硬件设备,并与国内顶尖的青少年航天教育机构合作,开发基于卫星信号接收的课程和兴趣活动。这些举措旨在激发公众,尤其是青少年对航空航天事业的热情,最大化地发挥卫星的社会意义和价值,让航天梦想触手可及。