基于Arduino的MCU，用于DIY微型卫星电源科学包的纳米板

到目前为止，有抱负的宇航员能够满足实现宇宙飞船控制梦想的唯一方法就是花费数年时间试图获得美国宇航局宇航员队伍的资格，或者寻找1000万美元的额外资金来购买通往太空站的通道在俄罗斯联盟号车辆上。然而，现在已经发生了变化，因为Joel Spark和他在NanoSatisfi LLC的合作伙伴正在他们的DIY微型卫星上以低至150美元的价格提供“坚持时间”。被称为ArduSat（图1）的Arduino开源硬件/软件平台将控制多达9个小型科学软件包，6英寸“CubeSat”是开源硬件文化的后代，它带来了3-D打印群众和人群采购运动正在颠覆地球上的传统商业模式。

图1：通过将现成的CubeSat航天器总线与Arduino驱动的科学有效载荷相结合，人群资助的ArduSat微型卫星正在使用开源技术从根本上改变太空探索的经济学。 （由NanoSatisfi LLC提供）。
CubeSat剖析
ArduSat的大部分结构和电子产品（图2）都是由商业供应商组装而成，包括GOMspace1，这是一家丹麦电子和软件工程公司，专注于为小型卫星系统开发具有成本效益和可靠的解决方案。该卫星实际上由GOMspace的NanoMind 712c计算机板控制，该计算机板基于经过空间处理的ARM7微控制器。该控制器板配备2 MB RAM，4 MB代码存储，4 MB数据闪存，CAN和I²C接口，运行高可靠性RTOS，包括支持完整姿态确定和控制系统所需的硬件驱动程序。使用嵌入太阳能电池板中的磁力转矩线圈来实现姿态控制，该磁力矩线圈抵抗地球的磁场。姿态由一对紧凑型陀螺仪组件（一个位于太阳能电池板中，一个位于航天器主体中）和嵌入主计算机板中的磁传感器决定。系统的指向精度目前为5度，可选择更精细的控制。

图2：ArduSat主要由符合CubeSat开放微卫星标准的商业组件构建。 （由NanoSatisfi LLC提供）
卫星的电源来自固定式太阳能电池板，覆盖了所有CubeSat的2（图3）六个外表面，除了相机和其他外向传感器安装的外表面。太阳能电池板为电子电源系统（EPS）供电，其中包含三个由闩锁保护的3.3 V和5.0 V电源，并联连接以实现冗余，以及一个2600 mAh的电池，用于在短时间内运行ArduSat 90分钟的轨道。另一个现成的电路板将使用435 MHz半双工UHF收发器支持卫星的命令和遥测链路。

图3：CubeSat标准最初于1999年开发，可以低成本设计和生产可用的卫星。其标准化的机械特性极大地简化了发射器 - 有效载荷界面，大大降低了背负式卫星与其发射器配合所需的风险和劳动力。 （由NanoSatisfi LLC提供）
科学有效载荷
NanoSatisfi团队正在开发自己的科学子系统，该子系统将使用九个定制的Arduino Nano计算机板 - 一个用于控制船上八个实验中的每一个卫星和第九个作为监视器和主控制器。主AVR处理器还负责定期发出“心跳”信号，该信号由主控制系统中的硬化ARM处理器监视。所有九款Arduino Nano主板都非常类似于它们的地面同类产品，包括现成的Atmel ATmega 168微控制器，但印刷电路板将包含嵌入式热路径，可作为处理器的散热器，由太空级材料制成这减少了在真空中可能发生的放气问题。
虽然非硬化微控制器最终会屈服于辐射暴露，但它不会在其当前发射计划提供的使用寿命期间发生。作为基线任务的一部分，NanoSatisfi已安排将ArduSat运载到苏联进步货运车辆上的国际空间站，并从该站的Kibo观察舱中的“气闸”中“发射”。从那个海拔高度开始，它将自由飞行4-6个月，然后才会炽热地返回地球。如果团队确保乘坐SpaceX，Antares或其他私人运载火箭上的小型航天器到更高的轨道（正在进行讨论），估计计算机将能够在辐射损坏变为8-12个月之前运行一个因素。
2013升空
ArduSat项目旨在证明低成本卫星的可行性，这些卫星可由小型非政府团体合作购买，发射和运营，或分时分享，以便任何人都可以几美元和一堆想象力可以设计实验并上传代码来运行它们。
在撰写本文时，该项目已超过三倍，其初始资金目标为建造，测试和发射小型车辆所需的35,000美元。预计2013年推出ArduSat将会持续一段时间。任何通过Kickstarter众筹网站购买行动的人都可以远程访问卫星部分Arduino控制的科学有效载荷。当然，你不会直接体验到零G的快感，但是，如果以低于在双引擎飞机上租一小时的价格，你将能够设计和运行你自己的基于空间的应用程序，游戏和实验，并在你从车载摄像机拍摄照片时操纵6英寸航天器。
参考文献

1. GOMspace网站 - http://gomspace.com/
2. CubeSat设计规范由Cal Poly出版，由航空航天工程教授Jordi Puig-Suari领导。 Bob Twiggs，来自航空与航天部。斯坦福大学的航天学也是一个主要的贡献者，主要关注CubeSat如何被教育机构使用。