人造卫星 UPSat 也开放源代码？ 11月01日更新

开源码软件很难用，开源操作系统占有率很低，只有 Windows 才是王道啦！！相信很多人至今仍有这个错误印象，实际上在这个时代，智慧家庭几乎完全仰赖 open source──家家户户的 Wi-Fi 无线基地台、数字电视机上盒、Android 手机或平板、智慧语音管家（Amazon Echo、Google Home）等，里面都有个 Linux；iPad、iPhone、iMac、MacBook 里面的系统也是衍生自开源的 FreeBSD 系统，再加上压倒性采用开放原码的网页服务器、云端服务等，没有了开源软件，现代人还真不知道要如何生活下去呢。如今更厉害的来了，开源码软硬件增加了生力军──人造卫星 UPSat 。

UPSat 是一颗 2U 的微型方块卫星（20×10×10cm，外太空部署微型卫星的单位跟电脑主机类似），任务是电离层电浆密度的科学研究，由自由太空基金会（Libre Space Foundation）与希腊派特雷大学（University of Patras）合力开发且共同营运。它的尺寸不大，就像一台小电脑主机，设计上，所有的软硬件完全排除了商用元件，全部以开源的软硬件从头开始打造起。

过去大众印象里，送卫星上太空是很重大的任务，要先用火箭把航天飞机专程发射到外太空，然后航天飞机再飞到指定的轨道，打开肚子，把巨大的卫星卸载出去，然后太空人离舱，进行危险的太空漫步把卫星设定好，这颗卫星才能开张营运；现在有了微型卫星以后，送卫星上太空比较像是货运宅配到轨的概念，而且过程几乎全自动，甚至还可以回收卫星，不用像过去，太阳能板寿限到了，电力耗尽后只能变成太空垃圾，在掉回地球的过程中烧毁。

首先是在 4 月 19 日，这颗卫星搭载于 Orbital ATK Cygnus 自动货柜太空船（当然是集货好的，一次装载 150 单位的货物）用火箭发射升空，送到国际太空站（International Space Station）；在站里，会有专人管理配送的作业（类似宅配业者的营业所），这是全程唯一需要人工的地方；再于 UTC 时间 5 月 18 日早上 8:24 透过 NanoRacks 的方块卫星部署器从太空站发送到指定轨道（一次可以部署超过 40 颗方块卫星）。30 分钟后，地面的接收站就成功地开始收到 UPsat 无线讯号，这开启了开放源码软硬件在太空应用的里程碑，这使得打造微型卫星的困难度大为下降，太空科技的运用将更加普及。

▲ 4 月 19 日火箭发射到 Cygnus 太空船在太空中开始飞行的全程录影。

▲ nanoracks 方块卫星部署器的配送过程。

当然这个卫星的源代码真的是开放的，全部放在自由太空基金会的 GitHub 上，授权有 CERN OHLv1.2 与 GPLv3等。结构上，这卫星小归小，不过麻雀虽小五脏俱全。它由六大子系统组成：

EPS：Electrical Power Subsystem ，供电子系统的缩写，负责把太阳能模组转化的电力，供电到各系统，或者太阳能供电不足时，转用内部电池。
OBC：On Board Computer 的缩写，这是 UPSat 卫星的大脑，它负责了于所有核心飞行功能，并执行所有子系统的主要决策和监控，STM32F4 微处理机是其心藏，其操作系统是 FreeRTOS（开放源码的即时操作系统）。
COMMS：Communications Subsystem ，通讯子系统的缩写，顾名思义，这是负责通讯的，核心是 CC1120 通讯芯片。卫星上所有系统内与发送到地面站的的资讯封包都使用 ECSS-CCSDS（定义在 ECSS-E-70 里）。
IAC：Image Acquisition Component ，影像取得模组的缩写，这是一个嵌入式 Linux 机板──DART4460 ，运作一个客制化 OpenWRT 系统，相机是一个 USB Ximea MU9PM-MH。
SU：Science Unit ，科学元件的缩写，在卫星的最顶端，透过 4 根探针分别收集电流，即时测量出电浆密度，测量电流范围从 1nA 至 2μA。
ADCS：Attitude Determination and Control Subsystem，姿态稳定与控制系统，基于磁力计的 3 轴主动系统，以安装在卫星四面太阳能电池板背面的矩形磁性线圈（x4）产生控制力矩。磁性线圈之所以安装在太阳能板背面，是因为可以透过太阳能板计算出阳光角度，来旋转调整卫星，此外还有 GPS 可以修正 SGP4 数值，与精准的时间更新。

有兴趣的话，按照这些缩写索骥，就可以研究对应的源代码，当然你有钱有闲的话也可以自己打造一颗（当然要发射到太空，问题只在运费啰）。

关于自由太空基金会

自由太空基金会是一个致力于开发自由太空硬件的组织（Libre Space Foundation）。它诞生于第一届 Hackaday 获奖的 SatNOGS 专案，是人人可以 DIY 的开源小型卫星地面站，硬件部分是一般人容易取得的材料、一般商用电子产品（Raspberry Pi 3 机板 + Linux 桌面系统等）与一点点的 3D 打印，就能组装出自己的小型卫星地面站，接收来自低地轨道（Low Earth Orbit，缩写 LEO）卫星的数据。讯号上，预设是支援 VHF、UHF 频带，扩充到其他频带也很容易，此外还可以把数个 SatNOGS 地面站以网络通讯整合程 SatNOGS Network，透过全球的 SatNOGS 地面站网络能更方便地接收特定卫星讯号，这让卫星资料数据的运用范围变得更广泛，使用卫星不再是特定单位或公司的专利了。