CellSat - 浙江大学微小卫星研究中心

Report
浙江大学“微型手机卫星CellSat”
科研项目
金仲和 教授
浙江大学航天航空学院副院长
微小卫星研究中心主任
内容安排
 项目介绍
 国外类似项目
 首期CellSat项目介绍
 申请须知
 结语
 参考资料:微型卫星应用示例
2013年4月21日
有史以来成本最
低的太空飞行器。
Google - HTC的
Nexus One智能手
机,运行安卓操作
系统。
手机卫星拍摄的地球照片
手机卫星回传的数据合成。
为什么选择手机卫星
手机许多功能与卫星基本相同,这些功能
可以满足卫星需求。其计算机处理能力比一
般卫星的要强大。
通过发展手机卫星,最终将卫星成本降低
到数千美元水平,贴近普通民众消费水平,
大幅度拓展应用范围。
NASA的手机卫星利用自带相机拍摄地球照
片,并通过无线电向地面传送卫星运行状况
信息和照片数据。
CellSat 系列SRTP 的目的
立项目的
1、让学生快速了解卫星、走进卫星、设计研制卫星!
2、创新卫星技术及卫星应用领域。
设计理念——
通用手机模块+微型卫星设计理念 = 超低成本微卫星
为什么选择手机——
平台开放、易于扩展
集成度高、处理能力强
成本低、体积小
课题研究内容
确定卫星的空间应用
选定扩展的器件(与应用结合、自定义)
基于手机开发模块完成卫星方案设计(不包含手
机自身的设计)
硬件集成(手机平台+扩展器件)
软件代码开发
系统组装、调试
地面验证
项目基本要求
 CellSat成本不超过¥1000(特殊应用情况可除
外)。
 CellSat的总质量不超过1kg。
 CellSat体积不超过10cm×10cm×10cm。
 CellSat需要具备基本的电源、数据采集处理、远
距离信号传输等能力。
立项年限与参与人员
面向全校本科生
但不建议一年级或毕业班申报
采取学生自主申报立项的方式。
每个项目参加总人数为2-3人。
卫星中心为每个项目选配指导教师、提供
实验场地和设备。
项目周期1年,迄止时间2014.6---2015.5。
内容安排





项目介绍
国外类似项目
首期CellSat项目介绍
申请须知
结语
英国Surrey安卓卫星(2011)
目的:寻找更经济、不需定制的卫星用电子仪
器,降低未来飞船的设计复杂度和成本。
代号为“STRaND-1”,由研究团队成员在业余时间
完成的。
美国宇航局 PhoneSat(2012)
目标:把安卓手机改造成卫星。
最终开发出廉价的平民卫星。
由NASA艾姆斯研究中心负责,
已开发出PhoneSat 1.0。
功能:通信、监视自身健康数
据、定期拍摄照片。
组成:处理器、万能操作系统、
多样化微型传感器、高分辨率
相机、GPS接收器和几个无线
电装置。
成本3500美元
PhoneSat 2.0采用三星Nexus S,加装双向无
线电,在地球上可进行操控。
计划中的PhoneSat 3.0,将使用折叠装置连
接十几个卫星联合工作。
安卓开放性强,软件全民征集设计。
NASA在2012年4月召开了一次编程大赛,为
PhoneSat 1.0召集太空航行所使用的应用,比如
星际导航与太空辐射监控。
CanSat国际竞赛
 1998年由斯坦福大学提出,
首期有美、日12所大学50
名学生参与。
 目前在美、日、欧等非常
活跃。
66115mm,350g。
 配备降落装置,如降落伞。
主要配置
 电池
 处理器
有效载荷
 气压计—利用大气压解算高度
 温度计
 GPS
 相机
 加速度计
 电子罗盘
 CanSat分类
 Telemetry遥感勘测(最初目的)--收集下降过程中的
敏感器数据。
 Comeback回收—GPS或者惯性导航INS进行定位,带
有动力系统(降落伞、轮子或者机翼),返回到目的
地。
OpenClass开放式教学
内容安排
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
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
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项目介绍
国外类似项目
首期CellSat项目介绍
申请须知
结语
首期CellSat项目介绍
CellSat照相侦察森林火灾探测
新型高空风力供电及风力测定微型卫星研制
城市热岛效应测量的CellSat开发
微型手机卫星间的信息互传及GPS定位
臭氧层空洞检测卫星
水质监测小卫星与浮标系统
应急状况下小范围紧急通信与监测两用小卫星
小卫星地磁场测量模块设计
基于微型卫星的阳光追踪系统
微小卫星太空微生态系统的开发
森林火灾监测CellSat
火灾监测cellsat
对地姿态捕获
可见光成像
图像处理识别
初期:监测火点提
高灭火效率
后期:发现高温的
余烬
取代传统的人力搜
山
平台可交换
性强
实现更多监
测功能
城市热岛效应测量CellSat
城市热岛效应是指城市气温比郊区气温高的现象,
它是城市气候中典型的特征之一。
1.不同以往的探索的探测高度与探测平台
2.定量微观的测量主要,次要因素
3.建立数学模型分析各个要素影响
4.利用此模型对于城市规划提出新的建议以减小
城市热污染
紧急通信与监测CellSat
搭建通信渠道、相对独立
基于手机模块、多星模式、
配合拍照
小卫星云端
指令、反馈
信息
APP、灾情
信息
引导信息
应急服务端
提供怎样的应急服务呢?
地面APP、技术黑盒、
应急文本传输、定位、
搜救密度、现场图
研究内容
监测数据、
信息
CellSat阳光追踪系统
此项目目的为寻找一种简单,廉价,微型的解决
方案为卫星提供阳光或星光追踪。
飞行器通过图形传感器拍摄照片,实时分析,做
边缘检测以及色温分析来确定太阳的位置,控制
系统采用飞轮机构调整飞行姿态,以达到控制飞
行器对准太阳的目的。
其意义在于可以为卫星定位、观测、电力等方面
的性能提升提供技术基础。最终以能够检测并自
动定位太阳位置,回发太阳拍摄图像作为检测指
标。
CellSat太空微生态系统
结合卫星技术与生物技术,构建一
个小型的生态系统。
通过智能手机作为控制中心,在体
积为0.1*0.1*0.1m3的皮卫星内搭建
一个太空微生态系统。
通过研究微生态系统在太空的失重
环境下的生存状况和稳定性来对太
空中生物的适应度进行研究,从而
为今后人类走向太空,做出基础性
的铺垫。
臭氧浓度检测CellSat
 能够对臭氧浓度进行实时检测的手机卫星
 卫星能够将数据传回地面
 地面人员可以依据此建立一个数据库
 进行数据分析,获得臭氧浓度—位置—时刻信息表。
 以此,我们可以进一步研究臭氧浓度降低或升高的原因,
并可以告知臭氧浓度偏低或偏高位置对应的地面生活人民
做好防护措施。
 能够发微博的卫星
首届CellSat外场试验
内容安排





项目介绍
国外类似项目
首期CellSat项目介绍
申请须知
结语
选题建议
 创新的概念最重要
创新的技术:卫星电、动力、生物、机械等系统----发挥专业特长
创新的卫星应用:太空探测、遥感成像、通信等。
 可参考微小卫星的主要应用

设计约束
1、需考虑太空环境,瞄准卫星未来应用。
绕地球转、失重、真空、距地面远、热辐射等
器件
2、主要器件可采购、成本低、体积小
3、设计可实现、部分功能地面可验证
课题来源
• 学生自主创新,通过调研确定项目研究目标、内
容和方向。
• 教师出题确定目标,学生调研确定研究内容和技
术途径。
• 建议的课题类型:
1、卫星新技术:卫星用新型传感器、动力机构、
通信设备、控制系统等。
2、卫星应用类:对地遥感、太空生物实验、太空
多卫星传感、多卫星通信网络、多卫星立体成像
和合成成像。
项目申请
下载《浙江大学CellSat项目申请书》,并
按填表须知和内容逐一认真仔细填写。
2014年3月31日前,将电子版以电子邮件方
式上交至微小卫星研究中心。
http: microsat.zju.edu.cn
项目评审
 4月上旬安排项目现场答辩评审,评审结果将在本
科生办公网、学院办公网以及中心网站
(microsat.zju.edu.cn)上公布。
评审标准:创新想法,研究计划,队伍组成,技术
方案,可行性等。
 项目实行项目负责人制,立项负责人对项目负全
责,指导教师应积极发挥指导作用。立项负责人要
根据课题研究内容,分配参与项目研究人员的任务,
明确职责。
项目检查
 CellSat项目以六个月为节点,由CellSat指导小组
和指导教师采取多种形式(查阅项目相关材料、
召开座谈会、现场走访等)对各项目进展情况进
行中期检查,有立项负责人组织撰写中期检查小
结,并以书面形式上报微小卫星研究中心办公室,
并附电子版。中心组织抽查项目进展情况。
项目完成后,项目参与人员应根据参与研究的内
容和任务,整理和统计相关数据进行分析与讨论,
提出自己的观点和见解,并撰写研究报告及时提
交立项负责人,由立项负责人撰写项目总结报告。
结题答辩和研究成果
项目将于2015年5月(与校SRTP同步)进行结题与答
辩,答辩形式可参照毕业论文(设计)进行。立项负
责人要认真填写CellSat项目结题表,充分做好结题答
辩的各项准备工作,组织课题组全体人员准时参加。
指导教师要认真指导学生参加结题答辩工作,并在结
题表中填写总体评价与评语。
答辩小组由中心CellSat指导小组、专家和指导教师等
组成,答辩小组要认真做好现场答辩记录工作。
项目相关研究成果将编入《浙江大学微型手机卫星
CellSat科研项目研究成果简介》,并作总结与交流。
预期收获
 对设计CellSat进行空中演示试验。
 优秀团队可参与实际卫星的工程研制。
 优秀的设计有机会进行真实的太空实验。
 SRTP延长资助可作为毕业设计课题。
 保研或考研到卫星中心,优先录取。
结语
 期望
打开一扇通往太空的大门
提供了解航天工程的窗口
实际动手开发专属自己的卫星
让你们的创意成为现实
欢迎加入,让梦想翱翔太空!
谢谢大家!
Questions?
内容安排
 项目介绍
 国外类似项目
 首期CellSat项目介绍
 选题建议
 申请须知
 结语
 参考资料:微型卫星应用示例
微小卫星的主要应用
教学、培养人才
新技术演示、验证
传感、探测:重力场、大气层、空间粒子
侦察:无线电侦察、空间目标照相侦察
特种通信:短数据、定位识别
传感、探测
大气层探测: CanX-2;3.5kg
 GPS 无线电掩星试验测量高层大气特性
 大气光谱仪检测温室效应气体
空间低能粒子: Cute 1.7 + APD-Ⅱ
3.6kg
 APD观测近地轨道上低能带电粒子的浓度
咖玛射线检测:AAUSATII,1kg
地震监测:QuakeSat,3kg
 利用高灵敏度磁强计检测地震
重力场:加拿大Lunette 计划,6.5kg;
 高精度星间测距,实现月球重力场探测。
无线电侦 察
RAFT:3.5kg
– 侦察1-270MHz内的无线电信号,并传回地面
– 用于校准雷达、检验美国空间电子篱笆检测能力
特种通信:短数据、定位识别
美国RAFT1;3.5kg;进行短数据通信试验
日本Cute 1.7 + APD-Ⅱ:带有数字存储转发器
加拿大Canx-6:空基自动身份识别技术验证
德国Rubin 8-AIS:空基自动身份识别数据接收,
并通过海事卫星转发给地面,用于身份认证。
Stanford 大学2000年2月发射的皮卫星
OPAL携带4颗皮卫星入轨
JAWSAT的多载荷适配器
航天史上第一对皮卫星
东京大学 CubeSat XI
2003年6月发射成功
对超小型卫星关键技术进行在轨验证,积累研发经验,
检验COTS的空间应用能力
被动式永磁体磁控姿态稳定,
使卫星在地磁矢量方向上保持单轴定向
东京工大Cute-1
03年6月发射
MEMS陀螺、加速度计构成冗余姿态测量系统,
还包括一个商用CMOS相机进行太阳方位敏感
实现姿态测量和姿态确定功能,不引入控制。
丹麦Aalborg University
AAU CubeSat
03年6月发射
星载相机对地成像
三轴磁强计和光电式太阳敏感器(平面式光电二极管)组合,
实现姿态测量,卫星控制由三轴磁力矩线圈完成
美国“QuakeSat”
2003年6月发射成功
体积为标准“CubeSat”的3倍; 重力梯度+磁滞阻尼
高灵敏磁强计敏感与地震有关的“甚低频地磁波动”。
设计寿命6个月,而实际在轨飞行超过1年,
成功捕获多次地震期磁场异常
加拿大Canx-2
验证新型的推进器
custom radios(定制的无线电?)
新型的姿态传感器和执行器
商用GPS接收机,高层大气的GPS 无线电掩星试
验
• 光谱仪:针对温室效应气体的大气光谱试验
• 网络通信试验
•
•
•
•
Delfi-C3
薄膜太阳能电池
自主无线太阳敏感器
入轨后,太阳帆板,天线展开成功
AAUSATII
首要目标是培养学生
建立单向通信
建立双向通信
试验姿态控制系统
咖玛射线探测仪
日本Cute 1.7 + APD-Ⅱ
1、试验PDAs作为星上主控计算机
2、试验姿态控制效果:磁控
3、新型APD观测近地轨道低能带电粒子的浓度
4、提供数字转发功能,作为公开的短信信箱
Rubin 8-AIS
• 自动身份识别系统
(AIS)试验
• 测试AIS信号接收、
数据发送(通过海
事卫星和铱星 )
RUBIN记录船只自动发出的位置、目的地、货物等信息,
并将这些信息通过ORBCOMM卫星系统发送到地面供查验。
美国海军CUBESat-RaFT
RAFT1 de-orbited on 30 May 2007 after 5 months in space
1、验证美国的电子篱笆对皮卫星(群)的检测能力
2、对海军空间监视雷达的校准
3、侦察1-270MHz内的无线电信号,并传回地面
4、进行提供短数据通信试验
加拿大Lunette 计划
Lunette卫星:6.5kg
相距100km的ESMO卫星与Lunette卫星之间利用S波段高精
度测距设备实现精密测距,检测月球重力分布。

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