[发明专利]用于卫星有效载荷发展的设备和方法

说明书

一种用于发展和/或测试卫星的有效载荷的设备，包括：有效载荷接口，其可操作来连接到有效载荷；以及通信链路，其可操作来将该设备与计算机耦合；其中，设备可操作来仿真卫星的一个或更多个子系统，使得当经由有效载荷接口和通信链路连接到设备时，有效载荷的行为与当在卫星中时的行为相同。

本发明涉及卫星有效载荷发展。更具体地，本发明允许卫星任务和有效载荷控制的模拟。

人造卫星实现大范围的功能，包括例如全球通信、导航和观测。

卫星可以接收从地球传输的数据和控制信号，且然后这些信号可以通过其他卫星传输到其他卫星和/或回到地球。因此，卫星允许信号在地球的可能以另外的方式不容易接近的地理区域之间和/或上方传输。数据可以使用卫星在相当大的距离上传输，而不需要复杂的基础设施来使用等效的地面通信系统在相同的距离上传输相同的信息。

根据选定的轨道，卫星照惯例在地平面以上范围从160km至36,000km的高度处绕地球的轨道运行。在这些高度处，它们保持没有障碍物，例如高层建筑物，且可以提供在大地理区域之上的覆盖。

到目前为止，已经发射了大约6,600颗人造卫星，且这个数字显著增加已成定势。卫星照惯例按大小分类，“小卫星”指具有500kg或更小的质量的卫星。NASA将小卫星称为“SmallSat”，它将小卫星定义为具有小于180千克的质量和大约大厨房冰箱的尺寸的卫星。“纳米卫星”是特定的一类小卫星，其由NASA定义为具有在1kg到10kg之间的湿质量的卫星。

立方体卫星是被配置成携带有效载荷的特定的一类纳米卫星。标准立方体卫星是以具有被称为“一个单位”(“1U”)的10x10x10cm的单位体积和小于1.33kg的质量的立方体(或“块”)的形式。例如，立方体卫星的尺寸可以扩展到1.5U、2U、3U、6U或12U。

作为它们的尺寸的结果，立方体卫星不能携带大的有效载荷。然而，典型的有效载荷包括例如照相机、望远镜和各种类型的传感器。特别是近年来通过电子元件的小型化，这种相对小的卫星的可行性成为可能。

目前，有限的推进系统可供这种纳米卫星之用。然而，多个立方体卫星仍然可以被布置成形成轨道星座，例如立方体卫星可以在轨道星座中彼此通信。

较小的卫星例如纳米卫星显然是探索空间和监控地球的非常有成本效益的手段，因为它们可以降低成本和/或提高发射卫星的效率。例如，较重的卫星需要具有更大推力的更大的火箭来将它们推进到它们的最终轨道内。较小的卫星例如立方体卫星可以“骑”在这些较大的火箭的背上，较大的火箭已经被安排发射一颗或多颗主合同卫星，但其中仍有火箭有效载荷能力。

较小的卫星到这种火箭有效载荷的添加不太可能不适当地影响火箭的燃料需求，因为火箭燃料需求明显由最大有效载荷能力规定。因此，较大的火箭也可以为多个较小的卫星提供发射方法，且因此避免多次发射的需要和/或提供较低的每卫星发射成本。

因此，小卫星例如立方体卫星可以作为火箭的主要有效载荷发射或作为次要有效载荷被发射。如果首先作为另一有效载荷的一部分被输送到国际空间站(ISS)，则这种小卫星从ISS发射也许是可能的。作为结果，增加数量的公司和私人个体热衷于发展卫星和将卫星发射到太空内，且因此在火箭服务业务中的竞争和创新也在增加。

然而，尽管发射小卫星的成本可能变得更加可行，但小卫星本身的发展仍然非常昂贵。每颗小卫星都必须使用被计划在预期任务期间减轻在轨道中的它的有效载荷的风险的策略来单独地被发展、测试和定制，预期任务通常使用未经证明的定制电子设备、外购子系统(其中开发者必须学习如何操作它们并使它们作为一个系统而工作)和/或具有太空飞行遗产的昂贵电子设备来执行。作为结果，卫星发展和所有权在很大程度上仍然是资本雄厚的公司、政府、大型企业集团、大学和非常富有的个人的专门领域。