微型立方体卫星的天线详细介绍

　　但在通信方面，立方体卫星小巧的体积却是一个不利因素。尤其是我们很难做到为这些卫星配备足够大的天线，来满足高数据速率和高分辨率雷达。所以这些微型卫星只能局限于地球轨道，无法推进地球轨道之外的科学前沿探索。如果我们能找到某种方法，为立方体卫星配备强大的高增益天线，也就能开创众多崭新的研究和探索机遇。围绕地球轨道的立方体卫星最终将能进行基于雷达的科学研究，如测量气流及降水量。利用高数据速率天线，立方体卫星将可以扩大探索疆域，去探索太阳系。经过几年的不懈努力，JPL天线研究小组最终用两种不同的方式解决了这一难题。在一个名为“立方体卫星雷达”（Radarin a CubeSat，又称RainCube）的项目中，我们设计了一种可展开的天线，卫星到达轨道后，这种天线会像一把伞一样展开。另一个名为“火星立方体-1”（又叫作MarCO）的项目计划于今年5月份发射，我们创造了一种能在立方体卫星表面展开的平板天线。我们的成功促使NASA开始考虑通过这些微型平台来执行那些曾一度被认为只能通过大型传统卫星才能执行的任务。我们的天线技术已获得专利并授权给了数个商业太空公司。下面将详述我们如何完成了这项在许多人看来难比登天的工程壮举，以及在此过程中所获得的认识。立方体卫星并不是唯一的微型卫星，但这类卫星的适应性最强，也受到了广泛关注。其基本构件是边长仅为10厘米的立方体，重量最多为1公斤出头。这些“一个单元”（1U）的立方体能按需接合在一起；常见变体由3个、6个或12个立方体构成。美国斯坦福大学和加州理工州立大学的工程师们于1999年首次研发了立方体卫星，作为一种帮助学生亲自动手设计、制造、发射并操作卫星的方式。自那以后，各种各样的立方体卫星子系统投入使用，并成为专业任务的通用工具。首先，这类卫星能被迅速安装。在JPL，从开始规划到完成设计、组装和测试，我们仅用时10至12个月，而对更大型的、模块较少的航天器而言，这一过程却需要3年甚至更长的时间。当然，重达数千公斤的传统卫星能承载比微型立方体卫星更多的仪器。但对于有特定目的的任务，立方体卫星是一种经济实惠并颇具吸引力的选择。而且，发射立方体卫星群能提升航天器的时间分辨率，相较于大型航天器，对同一区域的遥感更加频繁。在我们新型天线的帮助下，利用RainCube和MarCo执行各种任务不仅是可行的，而且非常明智。顾名思义，创建RainCube的目的是观测天气。它的雷达能帮助NASA研究降水量并改进天气预报的模式。科学家们计划发射一系列此类卫星，以此获得的时间分辨率比单独一颗大型卫星所能提供的更高。这类微型雷达装置的体积仅相当于一个麦片盒的大小（按立方体卫星的说法是6U）。这个小盒须容纳电源系统、计算机、控制系统及其他所有器件。就如同任意一个麦片盒，这个盒子也需要空间来盛放最重要的物品：雷达。RainCube的主要研究者伊娃•佩拉尔（Eva Peral）通过一系列有独创性的工程设计，按数量级缩小并简化了雷达装置。然而，当其他器件装入装置后，仍仅为雷达及其天线留出了1/4的空间。