极客们的新玩具：把智能手机改造成微型卫星

来源:加速度传感器网 2015/7/24

　　卫星、火箭、宇宙飞船，长期以来在普通人眼中是遥不可及的高科技产物，普通人想要触及这个领域几乎是不可能的。即便是创造了Paypal和特斯拉汽车，有现实版“钢铁侠”之称的埃隆·马斯克在这条路上走得也不平坦，他的猎鹰系列运载火箭屡屡遭遇挫折，每次都是损失惨重。

　　不过，如果我告诉你，一台市面上可以直接买到的普通智能手机经过改造就能变身为人造卫星，你会相信吗？其实，已经有人做出了这样的卫星并且成功发射到了太空。这正是近年来太空探索领域里非常热门的微型卫星课题。

　　这样的微型卫星有很多的特点：

　　体积小——占空间在1升内；

　　重量轻——1公斤左右；

　　成本低，门槛低——民间团体甚至个人也能承担得起，而且即使发射失败损失也不大，相比之下传统大卫星的成本动辄上亿美金，一旦发生不测就会造成难以估量的经济损失；

　　发射成本相对很低——正因为重量轻体积小，所以可以使用成本较低的小载荷火箭，而且能一枚发射数十颗卫星，分摊发射成本，甚至能免费搭顺风车上天。

　　所谓麻雀虽小五脏俱全，微型卫星也能完成各种类型的科研任务，而且由于数量上的优势在某些特定条件下工作效率比大卫星更高。实际上这个课题在国外已经非常热门了，谷歌在2014年就以5亿美元收购了一家微型卫星公司Skybox Imaging，据说这家公司曾经用自己拍摄的卫星图片成功预测了iPhone 6的上市时间。

　　看看曾经出现过的微型卫星：

　　纳米卫星

　　这是美国军方在上世纪90年代做过的探索，随着大规模集成电路的进步，人们发现卫星中的电路部分可以集成得非常小。所以很多国家的军方都随之跟风，造出了重量小于十公斤，但是具备实用功能卫星，它们可以用于通信、军事、地质勘探、环境与灾害监测、交通运输、气象服务、科学实验、深空探测等方面。

　　但是需要注意的是，这种卫星只是体积小，技术含量和成本并不低，其工艺要求也是军工级别的。

　　CubeSat

　　这是一种体积不超过一升，重量不超过1.3公斤的微型卫星，其最大特点是使用现成技术和器材打造而成。其原型最早由加州州立理工大学和斯坦福大学开发出来，受到学术团体、无线电爱好者甚至一些商业公司的支持，我们在Kickstarter众筹网站上就能找到不少这种项目。

　　一个叫Pumpkin Inc的公司专门生产CubeSat组装套件，售价7500美元，有大学客户买来研究闪电、跨洋追踪船舶、以及测试高空大气层里的雷达波行为。

　　PhoneSat

　　顾名思义，PhoneSat就是基于智能手机的人造卫星。这是NASA正在进行中的一个项目，它直接使用市场上买来的Android智能手机作为核心组件，由于智能手机已经内置了高性能CPU和大容量存储器、摄像头、加速度传感器、罗盘仪、GPS模块和通信模块，这些都可以大量节省卫星的制造成本。NASA曾经使用Nexus One和Nexus S手机为核心，制造出多个版本的PhoneSat，他们的成本据称在3500-7000美金左右，并且控制软件和固件已经开源。

　　2013年4月，两颗PhoneSat 1.0和一颗PhoneSat 2.0升空，完成了几项简单任务：发送自身状态数据到地面、拍摄地球照片、与铱星进行数据通信试验。2014年4月，新款PhoneSat 2.5搭乘SpaceX公司的猎鹰9号火箭顺风车升空。

　　STRaND-1

　　这是英国萨里大学和萨里卫星科技公司研发的基于Android手机的卫星，同样也搭载了一台Nexus One手机。虽然NASA是“手机星”概念的提出者，但STRaND-1抢在NASA之前，于2013年2月搭乘一颗印度火箭成功升空。

　　好玩：不服在太空里跑个分！

　　人造虽然价值不菲，但它们搭载的电脑却不一定强劲。例如每年传回大量绚丽深空照片的哈勃望远镜，CPU不过是586级别。2012年到达火星的好奇号火星车，CPU型号叫BAE RAD750，是基于PowerPC 750发展而来的，主频才200MHz，性能和十几年前的苹果G3电脑同级。当然，BAE RAD750也有它的牛逼之处，能在极端环境下稳定工作，能防辐射，它可以抵御宇宙射线的冲击，所以应用在很多高端卫星上。

　　这样一来，如果你现在发射一颗搭载最新8核处理器（比如高通骁龙810）的手机卫星上天，她的性能立马就能称霸太空。不服在太空里跑个分！

　　手机加上这些才能成为卫星

　　智能手机是为身处地球环境的人所设计的，直接把它发射到太空环境中工作，肯定不行。一般来说，手机星至少还要配备防护宇宙射线的装备、姿态控制设备、远距离无线通信模块、太阳能电池板等人造卫星的必备组件。而这些也是能够购买到的现成商品，那就是前面提到的CubeSat，将它与智能手机结合到一起，就成了一台高性能的微型卫星。

　　最大的成本是发射

　　智能手机改造成的卫星，成本降到了个人能承受的程度，但距离真正上天还有最大的一道门槛——发射，这也是成本最高的一环。要让任何一颗卫星进入近地轨道，运载火箭都需要消耗大量的高能燃料；而箭体一般都是一次性使用，浪费很大；而火箭引擎技术含量高，只有少数国家的政府或者公司能够掌握。

　　资料显示，日本的H2A火箭近地轨道发射能力是10-15吨，单次发射成本达100亿日本（约合5亿人民币）；中国长征系列火箭的发射成本约为这个数字的一般；SpaceX公司的猎鹰9号火箭近地轨道发射能力超过10吨，单次发射报价约5千万美元。

　　这些大型火箭显然不适合用来发射微型卫星，但是更小的火箭虽然整体成本低一些，但是每公斤发射成本并不低。例如SpaceX公司的小型火箭猎鹰1号能发射700公斤货物到近地轨道，总价850万美元，每公斤成本是一万多美元。

　　降低发射成本的希望

　　目前来看，比较热门的降低发射成本方案是可重复利用火箭技术，根据计算这种技术能将价格降低90%以上，但至今没有达到成熟的地步。SpaceX公司的猎鹰火箭只能实现部分回收，全箭回收的试验一直没有获得成功。

　　另有一种火箭中的“屌丝”在经过适度改造后也是一个希望，那就是探空火箭。其成本和结构复杂程度要远远低于运载火箭，但某些型号也能达到200-300多公里的高度，这是美国航天飞机的轨道高度；日本甚至有能飞到800公里高空的型号。探空火箭的载重能力从几公斤到一百多公斤，但从载重能力和飞行高度来说完全满足微型卫星的需求。国内已有民营创业公司在做相关的业务。

　　搭顺风车、团购也许能解决发射难题

　　用搭顺风车的方式将微型卫星送上天，对预算不高的民间团体来说应该是最方便的一种方式。例如前面提到的NASA PhoneSat 2.5就是搭猎鹰9号火箭上的天；2014年8月，一位俄罗斯宇航员在进行太空行走时，顺道用手就把一颗微型卫星释放到了轨道上。

　　搭顺风车固然可以免费，但这样机会却太稀少。你想找“钢铁侠”马斯克搭猎鹰火箭上天，可是谁知道你前面还排着多长的队呢？

　　所以大家凑份子，团购一颗火箭，也是一个能解决实际问题的办法。2013年11月，美国和俄罗斯相继完成“一箭二十九星”和“一箭三十二星”发射；2014年1月，美国又创造了“一箭三十四星”的纪录。有了这些技术基础，多家民间团体就可以考虑团购一颗类似猎鹰1号的廉价小型火箭，分摊发射成本。