超级军网“猎鹰卫星-7”微卫星，2014年发射
来源：百度文库 编辑：超级军网 时间：2024/05/07 23:29:39
美国空军学院正在研制其“猎鹰卫星-7”微卫星，预计明年发射，“猎鹰卫星-7”采用波音公司为美国国家侦察局制造的殖民地II 3U-立方体卫星为平台，尺寸约为30cm×10cm×10cm，只有5千克重，搭载一台口径20厘米、焦距为1米的“光子筛”衍射薄膜望远镜，工作波长为656.28nm。主要被用于观测太阳，但具备从450公里高度以1.8米的分辨率对地表进行成像的能力。
在近地轨道对太阳探测时具备以600公里的分辨率对太阳表面成像的能力
该卫星的一半体积就可以装载整个光子筛成像光学系统和其展开机构
光子筛的展开系统分为两个主要部件，即支撑结构和展开结构。支撑结构为薄膜提供了稳定性和刚度的保障，同时展开结构以可控的方式释放支撑结构，并且提供足够的紧固力以保持位置精确。整个展开过程必须以不破坏薄膜的可控方式进行。
“猎鹰卫星-7”有效载荷包含光子筛薄膜和６个金刚石系索，它们连接着“立方星”平台，形成一个展开后0.43米长的六足型结构。展开结构利用带有三个弹簧连接器的伸缩器拉伸支撑结构，使薄膜从收拢状态展开。伸缩器负责承重，使薄膜始终处于拉紧状态。
薄膜在收拢时必须避免出现永久性折痕。美国空军学院计划在发射“猎鹰卫星-7”时，使用两个共心的保护器，像“咖啡滤网”那样折叠光子筛薄膜，并在中心留一个孔，使薄膜不在中心发生褶皱
光子筛是近１０年发展起来的一种新型的衍射光学成像器件。它首先由德国Kiel大学为提高软Ｘ射线的聚焦能力而提出。每一个微孔的衍射光在光子筛后的相应位置同相相加，就像许多同相的小口径阵列，具有很高的光学成像质量。光子筛是由一块薄片组成，只需在外围使用支撑结构，具有很高的实用性。光子筛具有体积小、重量轻、光谱范围宽、设计灵活、分辨率高、制成阵列容易等优点。光谱范围覆盖了传统的折射或反射光学器件难以实现的光谱区域（包括可见光、红外、软Ｘ射线和极紫外（EUV））。在软Ｘ射线和EUV波段，各种材料的折射率均接近或者等于ｌ，这就导致了常规的通过折射聚焦成像的光学元件将无法正常使用。极紫外线望远镜在空间科学研究中有重要的价值，这就使光子筛在这一领域有独特的优势。在成像方面，光子筛空间分辨率可以达到比其特征尺寸更小的超分辨水平，其轻质的特性适合制造大口径望远镜，因此在航天领域有着广泛的应用前景。光子筛的发展从镀铬石英基板光子筛发展到薄膜光子筛，原因是薄膜光子筛更适合于大口径成像系统，并且质量更轻。薄膜光子筛是 根据“负孔”光子筛的理论设计的。
图为具有500万个“负孔”的镀铬石英基板光子筛
而使用更大的ESPA或6U-立方体平台的卫星可以进行1米以下分辨率的成像
“天蝎座”（Scorpius）微卫星运载火箭，微观世界公司构思了一种新的100千克级、液体燃料火箭，这种火箭可在24小时之内发射就绪。
2012年夏，空军学院在“波音727”飞机微重力飞行期间验证了“猎鹰卫星7”薄膜部署系统。
美国空军专门用于微重力训练和测试的“波音727”客机，军用编号C-9B
光子筛衍射成像技术可以使“低轨成像卫星小型化”和“高轨成像卫星高分化”，前者力求在不降低高分辨率成像能力的前提下，实现成像组件和卫星系统的结构简化，以降低大规模组网所需要的成本和工程难度；后者力求在不增加卫星规模的前提下，大幅提升成像卫星性能，实现利用少许几颗卫星持续监视广阔区域的能力。2000年我国发射的质量为50千克的清华一号小卫星的分辨率只有40米，2005年发射的质量为166.4千克的北京一号小卫星分辨率达到了4米，而质量为5千克的美国“猎鹰卫星-7”分辨率却可达到1.8米，这是衍射成像技术推动“低轨成像卫星小型化”的一个实例。同时，也意味着光子筛技术进入在轨验证阶段。光子筛成像技术应用于小卫星具有低成本、短生产周期、易部署等许多优点。
目前，世界各国都没有地球静止轨道高分辨率光学对地观测卫星，DARPA的MOIRE项目正是瞄准这一点。从最初美国劳伦斯－利弗莫尔国家实验室的衍射薄膜透镜的概念设计，到其支持的衍射薄膜成像系统已经进入第二期研发阶段。这说明国外光子筛衍射成像技术正在一步步地使“高轨成像卫星高分化”的目标得以实现。
光子筛衍射成像技术具有以下优点，因此极具解决上述两个目标的潜力。
（１）光子筛衍射成像技术的用途广，既可应用在低轨小卫星上，也可应用在地球静止轨道的大型卫星上。
（２）衍射器件具有易复制的特点，可利用模板批量生产，避免了传统镜片先研磨后镀膜的生产工艺，可极大地降低生产成本，并提高生产速度，使小卫星组成星座的成本大大降低。
（３）大型卫星系统中的物镜虽然口径很大，但可以基于薄膜工艺制成，有效减少成像系统重量，并可以通过发射时折叠、入轨后展开的工作模式，减小对运载器的容积要求。
（４）基于衍射成像原理，可以降低光学系统面形控制的要求。
由于光子筛薄膜材料及支撑结构稳定性的先天局限性，利用这种技术的低轨和高轨对地观测卫星要取得可与目前常规折反射光学系统相比拟的高分辨率，还有许多难以克服的技术难题，这正是DARPA和美国空军学院进行攻关研究和试验的主要原因。无论是在地球静止轨道上实现大于20米口径的衍射成像主镜，还是在低地球轨道上利用小口径衍射光学器件实现高分辨率对地观测，系统都面临以下技术问题。
（１）光子筛衍射成像光学系统的设计需要增加成像系统的带宽；美国空军学院尽管使用了色散修正元件把带宽扩大到了50nm，这一波段宽度仍然无法满足宽光谱成像的需求。
（２）衍射光学薄膜的材料、设计和加工技术；衍射望远镜的空间运行环境决定了薄膜材料的选择，必须使用柔韧性好的能够折叠的材料，材料需具有近零热膨胀系数，避免变化的温度环境造成的图像失真问题。
（３）衍射光学薄膜的折叠展开方法问题，即薄膜在收拢时避免出现永久性折痕。
（４）保证在轨衍射望远镜系统结构的高稳定性。
（５）衍射光学薄膜透镜的面形保持问题是系统面临的关键问题，但是衍射光学器件面形精度要求要远远低于传统光学器件的要求。
从最初美国劳伦斯－利弗莫尔国家实验室的衍射薄膜透镜的概念设计，到美国空军学院的“猎鹰卫星-7”薄膜光子筛望远镜在轨技术验证，再到目前DARPA支持的衍射薄膜成像系统瞄准地球同步轨道高分辨率成像，表现出美国对光子筛衍射成像技术的关注度和投入不断提升。如果“猎鹰卫星-7”成功验证了光子筛的空间可靠性和性能，那么光子筛衍射成像技术将首先使低轨道卫星在保持高分辨率的前提下实现小型化，甚至超小型化。之后美国将使用该技术发展大口径的高轨成像卫星，最终实现天基的高分辨率持续监视，其技术也可以用来作为天文观测，比如制造出可以让天文学家从地球附近观测土星天气的具备100公里分辨率，或者观测600光年外行星状星云的具备1天文单位分辨率的太空望远镜
美国空军学院正在研制其“猎鹰卫星-7”微卫星，预计明年发射，“猎鹰卫星-7”采用波音公司为美国国家侦察局制造的殖民地II 3U-立方体卫星为平台，尺寸约为30cm×10cm×10cm，只有5千克重，搭载一台口径20厘米、焦距为1米的“光子筛”衍射薄膜望远镜，工作波长为656.28nm。主要被用于观测太阳，但具备从450公里高度以1.8米的分辨率对地表进行成像的能力。
在近地轨道对太阳探测时具备以600公里的分辨率对太阳表面成像的能力
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该卫星的一半体积就可以装载整个光子筛成像光学系统和其展开机构
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光子筛的展开系统分为两个主要部件，即支撑结构和展开结构。支撑结构为薄膜提供了稳定性和刚度的保障，同时展开结构以可控的方式释放支撑结构，并且提供足够的紧固力以保持位置精确。整个展开过程必须以不破坏薄膜的可控方式进行。
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“猎鹰卫星-7”有效载荷包含光子筛薄膜和６个金刚石系索，它们连接着“立方星”平台，形成一个展开后0.43米长的六足型结构。展开结构利用带有三个弹簧连接器的伸缩器拉伸支撑结构，使薄膜从收拢状态展开。伸缩器负责承重，使薄膜始终处于拉紧状态。
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薄膜在收拢时必须避免出现永久性折痕。美国空军学院计划在发射“猎鹰卫星-7”时，使用两个共心的保护器，像“咖啡滤网”那样折叠光子筛薄膜，并在中心留一个孔，使薄膜不在中心发生褶皱
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光子筛是近１０年发展起来的一种新型的衍射光学成像器件。它首先由德国Kiel大学为提高软Ｘ射线的聚焦能力而提出。每一个微孔的衍射光在光子筛后的相应位置同相相加，就像许多同相的小口径阵列，具有很高的光学成像质量。光子筛是由一块薄片组成，只需在外围使用支撑结构，具有很高的实用性。光子筛具有体积小、重量轻、光谱范围宽、设计灵活、分辨率高、制成阵列容易等优点。光谱范围覆盖了传统的折射或反射光学器件难以实现的光谱区域（包括可见光、红外、软Ｘ射线和极紫外（EUV））。在软Ｘ射线和EUV波段，各种材料的折射率均接近或者等于ｌ，这就导致了常规的通过折射聚焦成像的光学元件将无法正常使用。极紫外线望远镜在空间科学研究中有重要的价值，这就使光子筛在这一领域有独特的优势。在成像方面，光子筛空间分辨率可以达到比其特征尺寸更小的超分辨水平，其轻质的特性适合制造大口径望远镜，因此在航天领域有着广泛的应用前景。光子筛的发展从镀铬石英基板光子筛发展到薄膜光子筛，原因是薄膜光子筛更适合于大口径成像系统，并且质量更轻。薄膜光子筛是 根据“负孔”光子筛的理论设计的。
图为具有500万个“负孔”的镀铬石英基板光子筛
而使用更大的ESPA或6U-立方体平台的卫星可以进行1米以下分辨率的成像
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“天蝎座”（Scorpius）微卫星运载火箭，微观世界公司构思了一种新的100千克级、液体燃料火箭，这种火箭可在24小时之内发射就绪。
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2012年夏，空军学院在“波音727”飞机微重力飞行期间验证了“猎鹰卫星7”薄膜部署系统。
美国空军专门用于微重力训练和测试的“波音727”客机，军用编号C-9B
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光子筛衍射成像技术可以使“低轨成像卫星小型化”和“高轨成像卫星高分化”，前者力求在不降低高分辨率成像能力的前提下，实现成像组件和卫星系统的结构简化，以降低大规模组网所需要的成本和工程难度；后者力求在不增加卫星规模的前提下，大幅提升成像卫星性能，实现利用少许几颗卫星持续监视广阔区域的能力。2000年我国发射的质量为50千克的清华一号小卫星的分辨率只有40米，2005年发射的质量为166.4千克的北京一号小卫星分辨率达到了4米，而质量为5千克的美国“猎鹰卫星-7”分辨率却可达到1.8米，这是衍射成像技术推动“低轨成像卫星小型化”的一个实例。同时，也意味着光子筛技术进入在轨验证阶段。光子筛成像技术应用于小卫星具有低成本、短生产周期、易部署等许多优点。
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目前，世界各国都没有地球静止轨道高分辨率光学对地观测卫星，DARPA的MOIRE项目正是瞄准这一点。从最初美国劳伦斯－利弗莫尔国家实验室的衍射薄膜透镜的概念设计，到其支持的衍射薄膜成像系统已经进入第二期研发阶段。这说明国外光子筛衍射成像技术正在一步步地使“高轨成像卫星高分化”的目标得以实现。
光子筛衍射成像技术具有以下优点，因此极具解决上述两个目标的潜力。
（１）光子筛衍射成像技术的用途广，既可应用在低轨小卫星上，也可应用在地球静止轨道的大型卫星上。
（２）衍射器件具有易复制的特点，可利用模板批量生产，避免了传统镜片先研磨后镀膜的生产工艺，可极大地降低生产成本，并提高生产速度，使小卫星组成星座的成本大大降低。
（３）大型卫星系统中的物镜虽然口径很大，但可以基于薄膜工艺制成，有效减少成像系统重量，并可以通过发射时折叠、入轨后展开的工作模式，减小对运载器的容积要求。
（４）基于衍射成像原理，可以降低光学系统面形控制的要求。
由于光子筛薄膜材料及支撑结构稳定性的先天局限性，利用这种技术的低轨和高轨对地观测卫星要取得可与目前常规折反射光学系统相比拟的高分辨率，还有许多难以克服的技术难题，这正是DARPA和美国空军学院进行攻关研究和试验的主要原因。无论是在地球静止轨道上实现大于20米口径的衍射成像主镜，还是在低地球轨道上利用小口径衍射光学器件实现高分辨率对地观测，系统都面临以下技术问题。
（１）光子筛衍射成像光学系统的设计需要增加成像系统的带宽；美国空军学院尽管使用了色散修正元件把带宽扩大到了50nm，这一波段宽度仍然无法满足宽光谱成像的需求。
（２）衍射光学薄膜的材料、设计和加工技术；衍射望远镜的空间运行环境决定了薄膜材料的选择，必须使用柔韧性好的能够折叠的材料，材料需具有近零热膨胀系数，避免变化的温度环境造成的图像失真问题。
（３）衍射光学薄膜的折叠展开方法问题，即薄膜在收拢时避免出现永久性折痕。
（４）保证在轨衍射望远镜系统结构的高稳定性。
（５）衍射光学薄膜透镜的面形保持问题是系统面临的关键问题，但是衍射光学器件面形精度要求要远远低于传统光学器件的要求。
从最初美国劳伦斯－利弗莫尔国家实验室的衍射薄膜透镜的概念设计，到美国空军学院的“猎鹰卫星-7”薄膜光子筛望远镜在轨技术验证，再到目前DARPA支持的衍射薄膜成像系统瞄准地球同步轨道高分辨率成像，表现出美国对光子筛衍射成像技术的关注度和投入不断提升。如果“猎鹰卫星-7”成功验证了光子筛的空间可靠性和性能，那么光子筛衍射成像技术将首先使低轨道卫星在保持高分辨率的前提下实现小型化，甚至超小型化。之后美国将使用该技术发展大口径的高轨成像卫星，最终实现天基的高分辨率持续监视，其技术也可以用来作为天文观测，比如制造出可以让天文学家从地球附近观测土星天气的具备100公里分辨率，或者观测600光年外行星状星云的具备1天文单位分辨率的太空望远镜
立方体卫星（CubeSat），相关技术最早是1999年由Bob Twiggs（当时在斯坦福大学）和Jordi Puig-Suari(加州州立理工大学)开始发展的。Twiggs指出，大多数火箭在将载荷送入轨道时，均有几百千克（甚至更多）的冗余运载能力，因此他设想，是否可以将微卫星搭载到这些火箭上，他还想弄清楚，微卫星能够在轨道上生存足够的时间，从而获取有用的成果。
这两个问题均得到了肯定的回答。最初在斯坦福大学以及加州州立理工大学的研发工作，如今已经发展为立方体卫星的通用标准，为这些新型的“大众卫星”规定了尺寸、形状和重量的要求，最小的立方体卫星，被称为1U级，每边长为10厘米，重量仅为1.33公斤或更轻。稍大一些的2U级和3U级尺寸分别为20厘米和30厘米，最大重量为2.66公斤和4公斤。
到目前为止，已经有近100颗立方体卫星升空，成功率约75%。其中一半失败的原因是运载火箭没有抵达轨道，其余大部分是由于轨道上的通讯或电力系统问题。尽管立方体卫星的发射成功率比大型卫星要低一些，但由于成本明显降低（1U发射成本大概10万美元，2U和3U为20到30万美元），所以相对来说依然很合算。实际上，把迄今为止所有立方体卫星的成本加起来，大概都没有一颗商业通讯卫星的发射成本高。
1U CubeSat (XI-IV)
1.5U CubeSat (FIREBIRD) [MSGC]
2U CubeSat (ION) [UoI]
3U CubeSat (CanX 2) [UTIAS]
6U CubeSat (EcAMSat) [NASA]
立方体卫星（CubeSat），相关技术最早是1999年由Bob Twiggs（当时在斯坦福大学）和Jordi Puig-Suari(加州州立理工大学)开始发展的。Twiggs指出，大多数火箭在将载荷送入轨道时，均有几百千克（甚至更多）的冗余运载能力，因此他设想，是否可以将微卫星搭载到这些火箭上，他还想弄清楚，微卫星能够在轨道上生存足够的时间，从而获取有用的成果。
这两个问题均得到了肯定的回答。最初在斯坦福大学以及加州州立理工大学的研发工作，如今已经发展为立方体卫星的通用标准，为这些新型的“大众卫星”规定了尺寸、形状和重量的要求，最小的立方体卫星，被称为1U级，每边长为10厘米，重量仅为1.33公斤或更轻。稍大一些的2U级和3U级尺寸分别为20厘米和30厘米，最大重量为2.66公斤和4公斤。
到目前为止，已经有近100颗立方体卫星升空，成功率约75%。其中一半失败的原因是运载火箭没有抵达轨道，其余大部分是由于轨道上的通讯或电力系统问题。尽管立方体卫星的发射成功率比大型卫星要低一些，但由于成本明显降低（1U发射成本大概10万美元，2U和3U为20到30万美元），所以相对来说依然很合算。实际上，把迄今为止所有立方体卫星的成本加起来，大概都没有一颗商业通讯卫星的发射成本高。
1U CubeSat (XI-IV)
1.5U CubeSat (FIREBIRD) [MSGC]
2U CubeSat (ION) [UoI]
3U CubeSat (CanX 2) [UTIAS]
6U CubeSat (EcAMSat) [NASA]
“猎鹰卫星-7”是MOIRE第二阶段的技术验证星
艺术概念图，展示了美国五角大楼研制的名为“薄膜型光学即时成像器”(MOIRE)的巨型间谍卫星。MOIRE卫星一次可覆盖40%的地表区域，能够在任何时间传输世界上任何地点的实时高清晰影像。
MOIRE卫星原型采用的膜。目前，国防高级研究计划局已经对MOIRE卫星原型进行地面测试，即将进入这一项目的最后阶段
MOIRE卫星、哈勃太空望远镜(Hubble)、W.M。凯克望远镜(Keck)、詹姆斯-韦伯太空望远镜(Webb)以及斯皮策望远镜 (Spitzer)的口径对比图。MOIRE卫星的口径达到68英尺(约合20米)。W.M。凯克望远镜是迄今为止制造的最大的地面望远镜之一。詹姆斯- 韦伯太空望远镜计划于2018年发射升空
MOIRE卫星的镜头原型。目前，研究人员还没有敲定这颗卫星的发射时间。现在，他们即将进入研制工作的最后阶段
新浪科技讯 据国外媒体11日报道，美国五角大楼正在研制一颗巨型间谍卫星，名为“薄膜型光学即时成像器”(以下简称MOIRE)，一次可覆盖40%的地表区域，能够在任何时间传输世界上任何地点的实时高清晰影像。与堪称“间谍卫星之王”的MOIRE相比，迄今为止发射的其他任何间谍卫星都要黯然失色。
美国《连线》杂志报道称，MOIRE卫星由国防高级研究计划局设计，所采用的技术能够让太空望远镜的性能和精确度翻几倍，同时降低制造成本。MOIRE卫星利用巨型膜，发射时折叠在一起，进入轨道后展开，展开后的直径达到68英尺(约合20米)。目前，体积最大的地面望远镜的口径大约是这一尺寸的一半，哈勃太空望远镜的口径比它小8英尺(约合2.4米)。这种膜的厚度与家用保鲜膜相当，作用是让光线发生衍射而不是反射。相比之下，传统的光学镜片让光线发生反射。国防高级研究计划局负责为美国军方研发新一代武器和技术。
直到现在，太空望远镜的性能和精确度仍受制于镜头的尺寸。目前，望远镜镜头的重量和成本快速增加，将超出运载能力最大的火箭的运载能力。MOIRE卫星项目负责人拉里-古恩中校在接受《连线》杂志采访时说：“光学膜能够让将体积更大解析度更高的望远镜装入更小更轻的包裹。通过这种方式，我们能够打破使用传统材料设计制造光学装置时遭遇的‘玻璃顶’。”
MOIRE卫星的制造和部署成本更低，因为这一设计不需要使用高品质的玻璃。国防高级研究计划局已经对MOIRE卫星原型进行地面测试，即将进入这一项目的最后阶段。MOIRE卫星项目的竣工日期尚是一个未知数。(孝文)
“猎鹰卫星-7”是MOIRE第二阶段的技术验证星
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艺术概念图，展示了美国五角大楼研制的名为“薄膜型光学即时成像器”(MOIRE)的巨型间谍卫星。MOIRE卫星一次可覆盖40%的地表区域，能够在任何时间传输世界上任何地点的实时高清晰影像。
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MOIRE卫星原型采用的膜。目前，国防高级研究计划局已经对MOIRE卫星原型进行地面测试，即将进入这一项目的最后阶段
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MOIRE卫星、哈勃太空望远镜(Hubble)、W.M。凯克望远镜(Keck)、詹姆斯-韦伯太空望远镜(Webb)以及斯皮策望远镜 (Spitzer)的口径对比图。MOIRE卫星的口径达到68英尺(约合20米)。W.M。凯克望远镜是迄今为止制造的最大的地面望远镜之一。詹姆斯- 韦伯太空望远镜计划于2018年发射升空
W020131213413395580545.JPG (26.62 KB, 下载次数: 22)
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MOIRE卫星的镜头原型。目前，研究人员还没有敲定这颗卫星的发射时间。现在，他们即将进入研制工作的最后阶段
新浪科技讯 据国外媒体11日报道，美国五角大楼正在研制一颗巨型间谍卫星，名为“薄膜型光学即时成像器”(以下简称MOIRE)，一次可覆盖40%的地表区域，能够在任何时间传输世界上任何地点的实时高清晰影像。与堪称“间谍卫星之王”的MOIRE相比，迄今为止发射的其他任何间谍卫星都要黯然失色。
美国《连线》杂志报道称，MOIRE卫星由国防高级研究计划局设计，所采用的技术能够让太空望远镜的性能和精确度翻几倍，同时降低制造成本。MOIRE卫星利用巨型膜，发射时折叠在一起，进入轨道后展开，展开后的直径达到68英尺(约合20米)。目前，体积最大的地面望远镜的口径大约是这一尺寸的一半，哈勃太空望远镜的口径比它小8英尺(约合2.4米)。这种膜的厚度与家用保鲜膜相当，作用是让光线发生衍射而不是反射。相比之下，传统的光学镜片让光线发生反射。国防高级研究计划局负责为美国军方研发新一代武器和技术。
直到现在，太空望远镜的性能和精确度仍受制于镜头的尺寸。目前，望远镜镜头的重量和成本快速增加，将超出运载能力最大的火箭的运载能力。MOIRE卫星项目负责人拉里-古恩中校在接受《连线》杂志采访时说：“光学膜能够让将体积更大解析度更高的望远镜装入更小更轻的包裹。通过这种方式，我们能够打破使用传统材料设计制造光学装置时遭遇的‘玻璃顶’。”
MOIRE卫星的制造和部署成本更低，因为这一设计不需要使用高品质的玻璃。国防高级研究计划局已经对MOIRE卫星原型进行地面测试，即将进入这一项目的最后阶段。MOIRE卫星项目的竣工日期尚是一个未知数。(孝文)
期待更先进的东东
性能也太逆天了，重量5kg、450公里高度分辨率1.8米...
如果卫星越来越小，那么单个火箭的补发能力则越来越强。
反卫星武器的作用也将越来越淡化。
反卫星武器的作用也将越来越淡化。