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1.1 研究背景
1.1.1 立方体纳卫星
立方体纳卫星（CubeSat，以下简称立方星）是由美国斯坦福大学(Stanford University)和加州理工大学(California Institute of Technology)于1999年联合制定的标准，通常是指标准体积为10×10×10立方厘米、质量小于1千克的小型卫星，如图1.1所示。也可根据任务需求，将其扩展为两单元、三单元或者751单元的组合形式，通过如图1.2所示的P-POD星箭分离设备，在火箭入轨后利用弹簧的弹力作用将卫星释放到太空中，立方星就成为了微纳卫星[1]。
图1.1 一单元立方星 图1.2 P-POD星箭分离设备
立方星的主要特点是：
（1）模块化、整体化、标准化；
（2）轻量化、小型化，成本小、耗能低；
（3）既可分散部署、也可快速组网，生存能力极强；
（4）功能可扩展性强；
（5）组装、使用灵活方便，能够即时发射[2]。
1.1.2 QB50项目和NJUST-1立方星
QB50项目来源于欧盟第七框架系统(FP7，2007-2013)下的太空探索计划。冯卡门流体动力研究所(VKI，Von Karman Institute of Fluid Dynamics)负责总体设计与规划，研究经费来源于欧盟，用于验证利用低成本火箭来搭载大型立方星网络的可行性和实用性。地球大气层包含对流层、平流层、中间层、热层（电离层）和外层（散逸层）这五个层，尽管人类在探索地球大气层方面取得了很大的成就，但对于低热层(90-320千米)大气的认识仍然甚微，这主要是由于已发射的探测卫星大都运行在高轨道，其携带的遥感探测设备距离低热层的空间距离很远，导致反射信号衰减严重，使得高轨道探测卫星无法顺利地对低热层大气进行理想的探测。为了解决这一严峻的现实问题，QB50项目按照计划设定，使用由50颗立方星组成的小型卫星网络进行原位、多点和持久性测量来获取低热层(90-320千米)大气在不同时空环境下的详细参数。到目前为止，全球总共有77所大学和科研机构参与了该项目的研究，国内共有8所高校加入了QB50项目的开发，其中南京理工大学立方体纳卫星实验室已全面建成，各项设施齐全，主要承接一颗双单元立方星NJUST-1的研制工作[3]，计划安装QB50项目组提供的标准大气探测载荷（FIPEX载荷），不仅要完成低热层大气在轨探测任务，还要实现在轨检验星间组网和通信技术的预期功能，验证自主研发的微纳卫星组件以及卫星总体技术的实用性和可靠性，南京理工大学立方体纳卫星实验室已建成VHF/UHF地面站，现已实现了卫星在轨后的遥测控制和数据传输控制。
1.3 课题研究内容
结合QB50项目对立方星提出的任务要求，本课题主要完成以下工作：
（1）完成立方星星务计算机部分硬件电路的设计；
（2）设计PCB板，焊接元器件，完成硬件电路开发；
（3）在分析现有的立方星应用程序的基础上，结合硬件系统结构，编写星务管理软件需求说
明书。
1.4 本章小结
本章首先对立方星做了一个简单的介绍，然后阐述了NJUST-1立方星的研制背景和研究意义，概括性地总结了星务计算机的硬件和软件含义及功能 ，最后明确了本课题内容，为以后的研究打下坚实的基础。