工程師電子制作故事：業(yè)余無線電衛(wèi)星DIY設(shè)計 - 全文

　　對ARISSat-1進行震動檢測

　　第27探險小隊隊長Dmitry Kondratyev 登上國際空間站

　　作為一個工程師，我認為與眾不同之處就在于我們有著永無止境的好奇心。正如《Dilbert》中所說的，工程師都擁有“奇想”（The Knack），這是“一種對于所有機械與電子相關(guān)事物都極端直覺的罕見癥狀?！?/p>

　　但我不明白有關(guān)工程師“社交障礙”的那一部分。特別是經(jīng)由對于“業(yè)余無線電”的興趣，我何其有幸能有機會結(jié)識了一些了不起的工程師，并與他們共事。

　　標(biāo)有x，y，z軸的外箱

　　太陽能電池板安裝在x軸面上

　　我的名字叫Steve Bible，目前是Microchip Technology公司的工程師。在接下來的幾個星期里，我將分享我同事和我如何打造一個業(yè)余衛(wèi)星計劃的故事，包括在此計劃過程中我們所遇到的挑戰(zhàn)，以及，希望能在7月底或8月初成功地部署于國際太空站（ISS）等經(jīng)過。

　　也就是說，只要下一次俄羅斯的艙外活動（EVA）計劃排定，而且“假設(shè)”我們的衛(wèi)星能排入其任務(wù)清單。再加上，剛完成的最后一次太空梭任務(wù)能延后我們的衛(wèi)星部署計劃。很顯然地，設(shè)計挑戰(zhàn)并不只限于我們在此計劃中所遇到的，接下來還會更多……

　　最大峰值電源跟蹤器 （MPPT）

　　Silver-Zinc （AgZn） 類型 825M3 電池

　　ARISSat-1原本應(yīng)該是“太空衣衛(wèi)星2號”（SuitSat-2）的一部份，這是延續(xù)“太空衣衛(wèi)星1號”（SuitSat-1）計劃而來。SuitSat-1衛(wèi)星在2006年2月3日發(fā)射后，以電池持續(xù)運作了兩周的時間，直到再也接收不到無線電信號。AJ3U博客中詳細記載了這次傳播業(yè)余無線電頻率的任務(wù)細節(jié)，其中還包括從世界各角落接收到的無線電信號錄音。
RF PCB內(nèi)部接收器一覽#e#

　　在美國馬里蘭州Greenbelt市戈達德太空飛行中心（Goddard Space Flight Cente）為ARISSat-1進行振動測試。

　　我同事和我希望為SuitSat-2衛(wèi)星進一步擴展其任務(wù)能力，包括增加了一個轉(zhuǎn)發(fā)器、照相機、太陽能電池板（可使衛(wèi)星運作幾個月，而非幾周），以及實驗?zāi)芰Α?/p>

　　RF PCB內(nèi)部接收器一覽

　　概念圖：頂上是2米長的天線，底部天線長為70厘米

　　那么SuitSat-2為什么會成為ARISSat-1呢？由于ISS將太空站駐守的太空人和宇航員增加為6人時，不得不丟棄SuitSat-2的俄羅斯Orlan太空裝，以便騰出一些空間給太空人。

　　早在2007年7月，我們曾在德州休斯頓詹森太空中心（Johnson Space Center）召開初次會議，共同討論、構(gòu)思并記錄了很多很棒的想法與意見──這是這項為期將近四年的艱辛挑戰(zhàn)的開始。最后，ARISSat-1業(yè)余衛(wèi)星于2011年1月28日透過俄羅斯Progress 41運補太空船攜至ISS，并于8月3日成功施放。

　　在未來幾周，我們希望重新思考在此過程中的精彩點滴，并分享一些相關(guān)技術(shù)以及個人的考驗與磨煉。對于一群來自各行各業(yè)、懷抱興趣與專業(yè)的不同群體成員而言，如何共同攜手打造一個可部署于ISS的業(yè)余衛(wèi)星？

　　攝像機模塊內(nèi)部一覽

　　像我這樣一個對于電子產(chǎn)品、業(yè)余無線電以及閱讀都有著濃厚興趣的年輕人，曾經(jīng)看過一張真正能夠吸引我注意的照片。那是一個致力于打造第一顆業(yè)余衛(wèi)星OSCAR的人；OSCAR即指業(yè)余無線電軌道衛(wèi)星。

　　在這張照片中，你看到的并不是高科技無塵室中穿著白色隔離衣以及頭載發(fā)網(wǎng)的人。當(dāng)然不是，他使用的是可折疊的桌子以便能在衛(wèi)星上工作！照片中的人是Lance Ginner，K6GSJ。時間得回到1960年代初說起。

　　外部控制面板

　　Lance Ginner（K6GSJ）在大約1961年時著手打造早期OSCAR衛(wèi)星。照片提供：OSCAR計劃。

　　第一顆業(yè)余無線電衛(wèi)星OSCAR-1在1961年12月12日從美國加州范登堡空軍基地（Vandenberg Air Force Base）發(fā)射，這一時間只比全球第一顆人造衛(wèi)星 Sputnik-1發(fā)射的時間稍晚四年。很酷吧？！在《The AMSAT Journal》Sep/Oct 2006期一篇名為‘Between a Rock and Outer Space： Interview with OSCAR Pioneer Lance Ginner’的Lance Ginner專訪文章中，Lance回憶起當(dāng)年參與打造并發(fā)射OSCAR-1及其后續(xù)衛(wèi)星計劃的所有人員。如果沒有這么多卓越的人才參與，OSCAR-1就無法順利地發(fā)射到太空中。在此學(xué)習(xí)到的一課是：集思廣益以實現(xiàn)一項成就所需要的不只是技術(shù)。

　　時間快速地拉回到不久前的2009年，我們在Microchip Technology公司的一間會議室中舉行了ARISSat–1小組工作會議。我們選擇了一間較大的會議室，然后把會議桌移至四周，以便讓工作安排與共同討論可更順利地進行后，便開始著手工作。

　　這一計劃的成員們都是從美國各地飛來參與聚會的，從美國東岸到西岸都有。雖然我們之間主要的溝通方式是透過電子郵件，但我們約定至少每季都聚會一次。這些會議都得利用周六和周日整天的時間，其實是有點累人的，但大家都覺得收獲甚豐。這些會議也相當(dāng)有助于推動這項衛(wèi)星計劃的進展。光憑E-mail和共同的工具對我們的幫助似乎相當(dāng)有限。

　　ARISSat-1首張攝像照片新鮮出爐

　　在我們多次周末小組工作會議中的一次。由左至右分別是Jerry Zdenek （N9YTK）、Phil Karn （KA9Q）、John Charais和Joe Julicher （N9WXU）。

　　本文將在此打住。下周將開始深入介紹我們在ARISSat-1的初期設(shè)計作業(yè)、一些我們所面臨的主要挑戰(zhàn)，以及我們?nèi)绾伍_始解決這些問題。然而，在文章結(jié)束前，我想分享一些最新的ARISSat-1新聞。以下節(jié)錄我們從“業(yè)余無線電衛(wèi)星組織”（AMSAT）所取得的最新衛(wèi)星部署新聞：

　　·ARISSat-1/KEDR專案經(jīng)理Gould Smith（WA4SXM）本周發(fā)布最新消息，指出Sergey Samburov（RV3D）在International ARISS電話會議中宣布七月底將為ARISSat的電池進行充電，并于世界標(biāo)準(zhǔn)時間（UTC） 7月30日晚間7:15到7月31日12-14時，在ISS執(zhí)行一連串的系統(tǒng)測試。

　　·ARISSat-1的測試過程將在低功耗模式下進行，這意味著它將發(fā)射約40秒鐘后暫停2分鐘，然后再發(fā)射40秒。標(biāo)準(zhǔn)的ARISSat-1/KEDR 2m下行頻段計劃應(yīng)可進行發(fā)射。此外，F(xiàn)M訊號也以437.55MHz的頻段下行。

　　·至于部署的日期，Gould總結(jié)，“釋放ARISSat的日期仍可能發(fā)生變化。截至7月14日為止，我們預(yù)計在2011年8月3日EVA 29的太空活動中釋 ？？放ARISSat-1/KEDR?！?/p>

　　庫斯克大學(xué)實驗照片

　　·釋放ARISSat/KEDR計劃是EVA的第一項任務(wù)，因此將在EVA太空活動開始后不久即進行釋放。

　　終于到了8月3日這一天，美國亞利桑那州當(dāng)時時間上午6:30 （世界標(biāo)準(zhǔn)時間13:30/1330 UTC），我離開家前往公司上班。途中經(jīng)過當(dāng)?shù)匾患褼unkin‘ Donuts時挑選了四盒甜甜圈和一箱Box-O’-Joe外帶咖啡。這些真是難得的一大享受，因為我們早餐通常都吃水果和低脂優(yōu)格。

　　上午7:30 （1430 UTC）大家都聚集于許多個周末聚會討論打造ARISSat-1計劃的同一會議室中，觀看大型電視屏幕上美國太空總署（NASA）直播的電視節(jié)目。接著，不斷有越來越多的人前來聚集在這一間會議中。俄羅斯宇航員Sergei Volkov和Alexander Samokutyaev正從國際空間站（ISS）內(nèi)被運送出來。滲漏檢查也完成了，現(xiàn)在他們正著手解壓Pirs外太空對接艙。

　　上午7:50 （1450 UTC）艙門開啟后又過了幾分鐘，他們總算才在上午7:57出現(xiàn)。頭盔式攝影機 （helmet camera）在此提供了一個清楚的衛(wèi)星影像，讓我們可以看到他們解開太陽能電池板上的保護套。不過，我覺得有些部份看來好像不太對。原來底部的天線似乎不見了。但我們只能短暫地瞥見底部幾個畫面。我真希望能看得更清楚些，以便確認天線是否還好好安裝著。究竟還在那兒或甚至根本就已經(jīng)不見了呢？果然，上行通路用的UHF天線真的不見了！

　　俄羅斯地面飛行控制中心也為此詢問了宇航員，但他們表示那些就是所有的天線了?？刂浦行闹甘居詈絾T暫時擱置ARISSat，先繼續(xù)完成EVA剩下的其它任務(wù)。正如我們所聽到的，NASA任務(wù)控制中心播音人員提到了控制中心人員們正在討論天線遺失事宜，并將作出決定，以便繼續(xù)下一步的行動。

　　上午8時35分（1535 UTC）甜甜圈已經(jīng)只剩下兩個，整箱咖啡也喝完了，我們所有的人都帶著沮喪的心情走出會議室。雖然回到自己的辦公桌前了，但大家仍仔細監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)上播放的NASA TV。畢竟，大家都還有自己該做的工作。

　　就在我們一邊工作一邊聽時，播音人員提到這是EVA今年的最后一項任務(wù)了。下次EVA發(fā)射時間將在明年年初，大約在二月左右。天啊！這真是漫長的等待時間啊！

　　又過了一會兒后，播音人員表示天線可能被卷入里面了。這是可能的，但它也可能會卷得很緊。因為在太空架上的天線連接器是N型連接器插槽，這種天線包括N型連接器插頭以及用Kapton絕緣膠帶包覆的彈性不銹鋼卷尺。天線調(diào)整在VHF和UHF頻段。N型連接器插頭周圍的黑色塑料外殼形成整個天線的基座。從NASA提供的視頻影片中，我可以看到連接器基座外殼似乎就在那里，但卻沒看到彈性鋼卷尺天線。

　　ARISSat-1內(nèi)部布線一覽

　　以頭盔式攝影機捕捉到的ARISSat-1頂部影像。

　　上午11時30分（1830 UTC）NASA任務(wù)控制中心的播音人員說，他們決定將繼續(xù)進行發(fā)射ARISSat的任務(wù)。播音人員表示，經(jīng)過檢查發(fā)現(xiàn)，天線已經(jīng)不在那兒了，它可能已經(jīng)故障了。但最后的決定是繼續(xù)進行并發(fā)射這顆衛(wèi)星。這意味著ARISSat將無法提供UHF上行、沒有轉(zhuǎn)發(fā)器──通過衛(wèi)星通訊的能力──同時也無法傳送指令。但我們還是必須看看在缺乏上傳天線的情況下，具有強大功能的無線電臺是否仍能進行通訊。在這方面，無線電愛好者聯(lián)盟里有一群足智多謀的業(yè)余人員；讓我們看看接下來還會發(fā)生什么事。

　　以頭盔式攝影機捕捉到的ARISSat-1底部影像；天線基座就在圖上的紅圈內(nèi)。

　　2000-2200 UTC首先接收到的報告來自日本、俄羅斯、以色列、以色列、非洲、克羅西亞、希臘、中國和匈牙利。