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开源宇宙:卫星篇

卡卡 发表于 2017-03-10 11:05:18

宇宙探索、太空旅行这些概念在科幻小说中吸引了一代又一代人,到了现实世界中,却难免让人有点小失望。这失望不是因为技术的发展永远追不上科幻小说的畅想,而是因为,现实中的航空航天事业几乎完全是由政府机构和军队掌控,而作为一个普通市民,你既不是疯狂科学家,也不是追求冒险的主人公,你除了看看新闻感受一下别人的自豪感,别的什么也干不了。

然而普通人的太空梦想是可贵的,与彰显实力无关,与荣誉感也无关,只是一种对于存在本身的美好遐想。尽管以个人的力量实现这个梦想几乎是痴人说梦,还是有很多的创客、骇客、太空科技爱好者在用他们各自的方式努力离太空近一点。今天我就给大家介绍几个这样的例子。

报废卫星激活计划


2014年,一群创客开展了一项在航空界和创客界都史无前例的尝试 - 与一枚运行了36年、已经被NASA遗弃的卫星重新建立联系。

这枚在1978年发射升空的卫星编号为ISEE-3 (后被重命名为ICE),当时的任务是观察太阳风暴对地球磁场的影响。1985年9月11日,ISEE-3穿过了Giacobini-Zinner彗星的等离子轨迹,成了第一个与彗星相遇的人造飞行器。1997年,NASA决定报废它,这时候ISEE-3已经在太空中工作了将近20年。报废的手段很简单,就是直接把它留在太空里不管了。

ISEE-3

时间快进到2008年,NASA对已经成为历史的ISEE-3进行了一次短暂的状态检查,发现它的大部分探测仪器仍然在运作,燃料也有一定剩余。当时NASA曾打算重新激活它,但也许因为还有很多其他值得探索的项目,NASA的兴趣渐渐地消减了。这恰恰给一群平民航空爱好者提供了一次接近宇宙的绝佳机会。

这些爱好者里有工程师、程序员,也有曾经在航空相关的机构或公司任职过的科学家。脱离了拥有资源和财力的国家机构和大型公司,他们必须用平民化的手段去获取资金和技术。2014年,他们发起了ISEE-3激活项目 (ISEE-3 Reboot Project),并在美国众筹平台RocketHub上集资了16万美金,之后在加州湾区Mountain View的一家废置的麦当劳里建立了也许是世界上最简陋的地面控制中心。

ISEE-3激活项目的地面控制中心 (注意麦当劳特色地板)

他们找到了退休的卫星专家,帮助解读已经变得晦涩难懂的ISEE-3操作手册 (毕竟30多年来卫星技术已经有了大幅革新)。他们据此开发了可以与ISEE-3进行无线电通信的软件,并在2014年的5月29日正式与ISEE-3建立了通信。之后,他们成功地对ISEE-3发布指令,使其开启远程遥测;他们还点燃了ISEE-3的推进器,使其恢复了正常的旋转速率。

然而之后ISEE-3激活项目团队遇到了无法预料的困难。推进系统所需的氮气不足,使得推进器无法点火,因此ISEE-3无法按计划转换轨道。到9月,ISEE-3与控制中心失去了联系,推测原因是它按照当前轨道逐渐远离太阳,无法获得足够的太阳能。

即便如此,ISEE-3激活项目仍是平民探索宇宙的一次历史性的尝试。ISEE-3激活项目团队开源了从ISEE-3接收到的数据,以供任何对它感兴趣的爱好者进行研究。对于创客群体来说,ISEE-3激活项目让他们的想象从桌面上的电子元件延伸到了广袤的太空。


类似ISEE-3激活项目、由民间资金和组织发起的太空探索项目近年来在美国也大量涌现,连NASA发布的21世纪太空探索展望也明确把众筹(crowd-funding)作为资助太空事业、让普通市民“近距离”参与太空探索的重要途径。

ISEE-3激活项目与Google Creative Lab合作创建了一个实时交互网站 (http://spacecraftforall.com/),可以了解到ISEE-3的数据和这个项目的幕后故事。网站内容很详细,视觉也够酷炫,感兴趣的同学一定要在电脑上访问看看。


DIY开源卫星计划


如果说ISEE-3激活项目仍然借助了NASA的支持和专业人士的援助,那么韩国艺术家Hojun Song在2009年发起的“开源卫星计划” (Open Source Satellite Initiate)则把真正平民化的DIY推到了新的高度。

OSSI即Open Source Satellite Initiate

工程学出身且有过一年卫星工程师工作经历的Hojun Song,用普通人能够轻易买到的Arduino板、太阳能模块和锂电池做出了立方形的私人纳米卫星(重量在1-10公斤之间的卫星)。


纳米卫星搭建草图

对于发射卫星这个难题,Hojun Song建议“hitchhiker (搭车族) style”,跟着那些大型运载火箭“顺道”去太空。虽然听起来不靠谱,但是其实NASA在内的很多机构和公司都有免费搭载的机会可以申请。


在地面上与卫星通信的设备,可以用iPod、收音机和八木天线连接搭建而成。对iPod进行编程后,使用者就可以通过互联网接受私人卫星的信号。


值得一提的是,Hojun Song并不是以一种纯粹的geek技术派方式来看待私人卫星的。以艺术家自居的他关注的是技术的民主化以及技术和艺术之间密不可分的关系。制作私人卫星对于国家战略层面的太空探测也许没有什么用处,但是对于普通的个人来说,让他们可以通过自己动手来实现心里的太空梦,却是可能改变人一生的事情,不能单纯地用当下的“实用性 (practicality)” 来衡量。更何况说不定,哪一天草根的技术真的可以自下而上地影响到国家体制内的创新。

Hojun Song开源了他的设计,并且倡导更多人参与私人卫星的研发和资源分享。除此之外,他还提出了一些有关技术伦理的问题,比如“发射私人卫星是否合法”,“开源卫星计划是技术还是艺术”,“拿来发射卫星的钱是不是还不如去救济穷人”,“当政府军队掌握的秘密科技可以被普通人使用会发生什么”,“开源卫星计划会不会被恐怖分子滥用” 等等,希望通过这些问题引发民众对于空间技术的思考和讨论。

感兴趣的同学可以查看更多资料:http://opensat.cc/download.html 


KickSat 纳米卫星平台


2012年,美国Cornell大学的研究生Zac Manchester在众筹平台Kickstarter上发起了名为KickSat的私人卫星项目。Zac Manchester发明的纳米卫星叫Sprite,上面有太阳能电池、无线电收发器、微型控制芯片,还有少量的内存和传感器,可以说麻雀虽小五脏俱全。第一代Sprite只能传输它的名字和一些简单的数据,计划中未来版本可以通过温度传感器和相机等更高级的传感器传递更有用的数据。

Sprite

KickSat是采用了CubeSat (http://www.cubesatkit.com/) 纳米卫星设计标准的卫星运载装置,可以一次载运成百上千个Sprite,并一次将它们释放到近地轨道。单个的私人卫星要升空肯定是困难重重,而KickSat相当于提供了一种“团购”的捆绑方式,使得单个成本大大降低。每个在Kickstarter上对这个项目资助300美金及以上的人都可以收到一个Sprite开发者工具包,用来对自己的Sprite进行编程。

KickSat

KickSat众筹成功之后被NASA的CubeSat发射计划选中,得以免费升空。第一次发射不幸失败,KickSat目前正在筹备第二次发射。现在距离当初众筹已经过去了4年多,看来航空事业的确不是一朝一夕的等闲工夫。


最后


虽然在我国航空航天事业还纯粹是政府行为,其商业化和对普通民众的开放性都稍稍落后,但我相信,只要我们还保留着普通人的太空梦想,就终有一天会实现。

图片来自Hojun Song的开源卫星计划手册
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