工程师电子制作故事：业余无线电卫星DIY设计 - 全文

　　

　　对ARISSat-1进行震动检测

　　

　　第27探险小队队长Dmitry Kondratyev 登上国际空间站

　　作为一个工程师，我认为与众不同之处就在于我们有着永无止境的好奇心。正如《Dilbert》中所说的，工程师都拥有“奇想”（The Knack），这是“一种对于所有机械与电子相关事物都极端直觉的罕见症状。”

　　但我不明白有关工程师“社交障碍”的那一部分。特别是经由对于“业余无线电”的兴趣，我何其有幸能有机会结识了一些了不起的工程师，并与他们共事。

　　

　　标有x，y，z轴的外箱

　　

　　太阳能电池板安装在x轴面上

　　我的名字叫Steve Bible，目前是Microchip Technology公司的工程师。在接下来的几个星期里，我将分享我同事和我如何打造一个业余卫星计划的故事，包括在此计划过程中我们所遇到的挑战，以及，希望能在7月底或8月初成功地部署于国际太空站（ISS）等经过。

　　也就是说，只要下一次俄罗斯的舱外活动（EVA）计划排定，而且“假设”我们的卫星能排入其任务清单。再加上，刚完成的最后一次太空梭任务能延后我们的卫星部署计划。很显然地，设计挑战并不只限于我们在此计划中所遇到的，接下来还会更多……

　　

　　最大峰值电源跟踪器 （MPPT）

　　

　　Silver-Zinc （AgZn） 类型 825M3 电池

　　ARISSat-1原本应该是“太空衣卫星2号”（SuitSat-2）的一部份，这是延续“太空衣卫星1号”（SuitSat-1）计划而来。SuitSat-1卫星在2006年2月3日发射后，以电池持续运作了两周的时间，直到再也接收不到无线电信号。AJ3U博客中详细记载了这次传播业余无线电频率的任务细节，其中还包括从世界各角落接收到的无线电信号录音。
RF PCB内部接收器一览#e#

　　在美国马里兰州Greenbelt市戈达德太空飞行中心（Goddard Space Flight Cente）为ARISSat-1进行振动测试。

　　我同事和我希望为SuitSat-2卫星进一步扩展其任务能力，包括增加了一个转发器、照相机、太阳能电池板（可使卫星运作几个月，而非几周），以及实验能力。

　　

　　RF PCB内部接收器一览

　　

　　概念图：顶上是2米长的天线，底部天线长为70厘米

　　那么SuitSat-2为什么会成为ARISSat-1呢？由于ISS将太空站驻守的太空人和宇航员增加为6人时，不得不丢弃SuitSat-2的俄罗斯Orlan太空装，以便腾出一些空间给太空人。

　　早在2007年7月，我们曾在德州休斯顿詹森太空中心（Johnson Space Center）召开初次会议，共同讨论、构思并记录了很多很棒的想法与意见──这是这项为期将近四年的艰辛挑战的开始。最后，ARISSat-1业余卫星于2011年1月28日透过俄罗斯Progress 41运补太空船携至ISS，并于8月3日成功施放。

　　在未来几周，我们希望重新思考在此过程中的精彩点滴，并分享一些相关技术以及个人的考验与磨炼。对于一群来自各行各业、怀抱兴趣与专业的不同群体成员而言，如何共同携手打造一个可部署于ISS的业余卫星？

　　

　　摄像机模块内部一览

　　像我这样一个对于电子产品、业余无线电以及阅读都有着浓厚兴趣的年轻人，曾经看过一张真正能够吸引我注意的照片。那是一个致力于打造第一颗业余卫星OSCAR的人；OSCAR即指业余无线电轨道卫星。

　　在这张照片中，你看到的并不是高科技无尘室中穿着白色隔离衣以及头载发网的人。当然不是，他使用的是可折叠的桌子以便能在卫星上工作！照片中的人是Lance Ginner，K6GSJ。时间得回到1960年代初说起。

　　

　　外部控制面板

　　Lance Ginner（K6GSJ）在大约1961年时着手打造早期OSCAR卫星。照片提供：OSCAR计划。

　　第一颗业余无线电卫星OSCAR-1在1961年12月12日从美国加州范登堡空军基地（Vandenberg Air Force Base）发射，这一时间只比全球第一颗人造卫星 Sputnik-1发射的时间稍晚四年。很酷吧？！在《The AMSAT Journal》Sep/Oct 2006期一篇名为‘Between a Rock and Outer Space： Interview with OSCAR Pioneer Lance Ginner’的Lance Ginner专访文章中，Lance回忆起当年参与打造并发射OSCAR-1及其后续卫星计划的所有人员。如果没有这么多卓越的人才参与，OSCAR-1就无法顺利地发射到太空中。在此学习到的一课是：集思广益以实现一项成就所需要的不只是技术。

　　时间快速地拉回到不久前的2009年，我们在Microchip Technology公司的一间会议室中举行了ARISSat–1小组工作会议。我们选择了一间较大的会议室，然后把会议桌移至四周，以便让工作安排与共同讨论可更顺利地进行后，便开始着手工作。

　　这一计划的成员们都是从美国各地飞来参与聚会的，从美国东岸到西岸都有。虽然我们之间主要的沟通方式是透过电子邮件，但我们约定至少每季都聚会一次。这些会议都得利用周六和周日整天的时间，其实是有点累人的，但大家都觉得收获甚丰。这些会议也相当有助于推动这项卫星计划的进展。光凭E-mail和共同的工具对我们的帮助似乎相当有限。

　　

　　ARISSat-1首张摄像照片新鲜出炉

　　在我们多次周末小组工作会议中的一次。由左至右分别是Jerry Zdenek （N9YTK）、Phil Karn （KA9Q）、John Charais和Joe Julicher （N9WXU）。

　　本文将在此打住。下周将开始深入介绍我们在ARISSat-1的初期设计作业、一些我们所面临的主要挑战，以及我们如何开始解决这些问题。然而，在文章结束前，我想分享一些最新的ARISSat-1新闻。以下节录我们从“业余无线电卫星组织”（AMSAT）所取得的最新卫星部署新闻：

　　·ARISSat-1/KEDR专案经理Gould Smith（WA4SXM）本周发布最新消息，指出Sergey Samburov（RV3D）在International ARISS电话会议中宣布七月底将为ARISSat的电池进行充电，并于世界标准时间（UTC） 7月30日晚间7:15到7月31日12-14时，在ISS执行一连串的系统测试。

　　·ARISSat-1的测试过程将在低功耗模式下进行，这意味着它将发射约40秒钟后暂停2分钟，然后再发射40秒。标准的ARISSat-1/KEDR 2m下行频段计划应可进行发射。此外，FM讯号也以437.55MHz的频段下行。

　　·至于部署的日期，Gould总结，“释放ARISSat的日期仍可能发生变化。截至7月14日为止，我们预计在2011年8月3日EVA 29的太空活动中释 ？？放ARISSat-1/KEDR。”

　　

　　库斯克大学实验照片

　　·释放ARISSat/KEDR计划是EVA的第一项任务，因此将在EVA太空活动开始后不久即进行释放。

　　终于到了8月3日这一天，美国亚利桑那州当时时间上午6:30 （世界标准时间13:30/1330 UTC），我离开家前往公司上班。途中经过当地一家Dunkin‘ Donuts时挑选了四盒甜甜圈和一箱Box-O’-Joe外带咖啡。这些真是难得的一大享受，因为我们早餐通常都吃水果和低脂优格。

　　上午7:30 （1430 UTC）大家都聚集于许多个周末聚会讨论打造ARISSat-1计划的同一会议室中，观看大型电视屏幕上美国太空总署（NASA）直播的电视节目。接着，不断有越来越多的人前来聚集在这一间会议中。俄罗斯宇航员Sergei Volkov和Alexander Samokutyaev正从国际空间站（ISS）内被运送出来。渗漏检查也完成了，现在他们正着手解压Pirs外太空对接舱。

　　上午7:50 （1450 UTC）舱门开启后又过了几分钟，他们总算才在上午7:57出现。头盔式摄影机 （helmet camera）在此提供了一个清楚的卫星影像，让我们可以看到他们解开太阳能电池板上的保护套。不过，我觉得有些部份看来好像不太对。原来底部的天线似乎不见了。但我们只能短暂地瞥见底部几个画面。我真希望能看得更清楚些，以便确认天线是否还好好安装着。究竟还在那儿或甚至根本就已经不见了呢？果然，上行通路用的UHF天线真的不见了！

　　俄罗斯地面飞行控制中心也为此询问了宇航员，但他们表示那些就是所有的天线了。控制中心指示宇航员暂时搁置ARISSat，先继续完成EVA剩下的其它任务。正如我们所听到的，NASA任务控制中心播音人员提到了控制中心人员们正在讨论天线遗失事宜，并将作出决定，以便继续下一步的行动。

　　上午8时35分（1535 UTC）甜甜圈已经只剩下两个，整箱咖啡也喝完了，我们所有的人都带着沮丧的心情走出会议室。虽然回到自己的办公桌前了，但大家仍仔细监听网络上播放的NASA TV。毕竟，大家都还有自己该做的工作。

　　就在我们一边工作一边听时，播音人员提到这是EVA今年的最后一项任务了。下次EVA发射时间将在明年年初，大约在二月左右。天啊！这真是漫长的等待时间啊！

　　又过了一会儿后，播音人员表示天线可能被卷入里面了。这是可能的，但它也可能会卷得很紧。因为在太空架上的天线连接器是N型连接器插槽，这种天线包括N型连接器插头以及用Kapton绝缘胶带包覆的弹性不锈钢卷尺。天线调整在VHF和UHF频段。N型连接器插头周围的黑色塑料外壳形成整个天线的基座。从NASA提供的视频影片中，我可以看到连接器基座外壳似乎就在那里，但却没看到弹性钢卷尺天线。

　　

　　ARISSat-1内部布线一览

　　以头盔式摄影机捕捉到的ARISSat-1顶部影像。

　　上午11时30分（1830 UTC）NASA任务控制中心的播音人员说，他们决定将继续进行发射ARISSat的任务。播音人员表示，经过检查发现，天线已经不在那儿了，它可能已经故障了。但最后的决定是继续进行并发射这颗卫星。这意味着ARISSat将无法提供UHF上行、没有转发器──通过卫星通讯的能力──同时也无法传送指令。但我们还是必须看看在缺乏上传天线的情况下，具有强大功能的无线电台是否仍能进行通讯。在这方面，无线电爱好者联盟里有一群足智多谋的业余人员；让我们看看接下来还会发生什么事。

　　以头盔式摄影机捕捉到的ARISSat-1底部影像；天线基座就在图上的红圈内。

　　2000-2200 UTC首先接收到的报告来自日本、俄罗斯、以色列、以色列、非洲、克罗西亚、希腊、中国和匈牙利。