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 。

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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。66115mm ， 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

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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

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

火灾监测 cellsat

平台可交换性强实现更多监测功能

森林火灾监测 CellSat

对地姿态捕获可见光成像图像处理识别

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

研究内容

APP 、灾情信息

监测数据、信息

指令、反馈信息

引导信息

小卫星云端

应急服务端

搭建通信渠道、相对独立基于手机模块、多星模式、配合拍照

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

紧急通信与监测 CellSat

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

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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?

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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。

JAWSAT 的多载荷适配器

OPAL携带 4颗皮卫星入轨

航天史上第一对皮卫星

Stanford 大学 2000 年 2 月发射的皮卫星

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

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。

03 年 6 月发射

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”

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

2003 年 6 月发射成功

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

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。

Lunette 卫星： 6.5kg