国会和政府行政部门都认为太空重要且非常值得资助

在美国国家航空航天局的伟大时代，国会和政府行政部门都认为太空重要且非常值得资助。公众将空间看作是一个新的前沿和伟大的冒险，并热情地支持太空探索。卫星和宇宙飞船的发展越来越强大。数十亿美元的卫星在发射台上咆哮着。这是一个与众不同的世界，如今，不是吗?什么是NASA的新口号?尝试“更快，更好，更便宜”。需要通过较少产生的美国宇航局小型卫星技术计划(SSTI)来做更多事情。“美国宇航局开始使用SSTI的主要原因是为了降低未来航天器任务的整体风险，”NASA SSTI项目经理马库斯·沃特金斯说。该计划旨在生产有效载荷为500磅或更少的卫星，有效载荷质量分数为航天器重量的50%至70%，寿命为3至5年。

设计用于满足SSTI要求的航天器将采用标准结构和标准接口，可接受“螺栓固定”有效载荷。这种方法应该降低成本，简化航天器设计，制造和测试，允许使用现成的硬件和软件，并允许并发有效载荷和航天器开发。最后，小型航天器应该证明其技术能力非常强大。根据沃特金斯的说法，美国宇航局希望从这些灯光中获得大科学。

迎接挑战。雄心勃勃的目标，这两个非常相似的航天器名为刘易斯和克拉克可能有助于证明它们可以得到满足。这两者旨在展示大量技术，同时做有用的科学。本文介绍了TRW于6月向美国宇航局提供的刘易斯太空船。“RFP日期是在1994年4月初，”加利福尼亚州雷东多海滩的TRW太空与电子集团的Mark A.Falkman说。“我们在一个月内撰写了RFP，并在此之后获得了约一个半月的合同。”6400万美元的SSTI合同规定，TRW将建造一个小型航天器，以携带三个科学有效载荷并在两年内将其交付给NASA。美国宇航局将在今年晚些时候推出刘易斯。

该卫星由三个主要模块组成：电池和推进模块，航天器航空电子模块和有效载荷模块。其基本结构由K-1100石墨纤维增强塑料(GFRP)制成。这种材料在一个方向上提供良好的导热性，有助于将车载系统的热量散发到外部散热器面板。在交付之前，TRW对结构进行了热真空测试(没有其主要有效载荷)。该程序有效地提供了12天的结构烘烤。TRW的George Repucci'

饼形面板从中心圆柱体向外辐射，并且在饼形TRW的圆周上安装六个散热器面板。轻型推进剂罐安装在直径2英尺的中心圆筒内。“在刘易斯，我们的有效载荷质量分数约为30%，”Repucci说。“我们可以在卫星顶部放置一个更高的有效载荷，稍微加强上部模块，并携带更重的有效载荷。”Repucci认为，70%的有效载荷质量分数代表了可实现的最大值。

身高八十英寸，Lewis的横截面形成一个59英寸的六边形。在发射时，它将重850磅，通过8个传统的硅太阳能电池板为车载系统提供740W的功率。小块的先进太阳能电池将在太空船上飞行。将演示GaAs电池和级联结太阳能电池。由GaAs和磷化铟覆盖的锗衬底组成，后者可提供高达21%的效率。标准数据总线简化了与有效载荷和子系统单元的接口。一架飞行电脑跑了刘易斯，

刘易斯将在极地太阳同步轨道(倾斜97度)的523公里处飞行。在太阳同步轨道中，航天器每天在同一当地时间穿过赤道。因此，它每天都会在相同程度的太阳光照射下经过相同的地球。

“我们在这种航天器上做的不同之处是使用可压碎的铝箔形状，而不是像微型镀锌屋顶材料，将热量从我们的电子箱传导到卫星结构，”Repucci说。它取代了电子产品下常用的RTV橡胶。通过消除在集成和测试期间清理和更换RTV的需要，箔片可以更容易地拆卸箱子并更换箱子。

模块化设计使TRW能够以电气和机械方式并行组成Lewis三个模块。如果这颗卫星是按顺序设计的，Repucci表示这项工作将持续14到18个月。模块的并行开发和测试将卫星整合所需的时间缩短了三到四个月。为了实现这种加速，TRW使用车载计算机并行测试模块。第三台计算机用于在将软件交付给卫星之前开发和检查软件。

虽然刘易斯很小，但建造宇宙飞船需要一支庞大的技术团队。“我们有超过20个分包商参与该计划，五个NASA中心为卫星提供硬件或软件，”Repucci说。团队成员之间的快速和频繁的沟通对于满足紧张的开发计划至关重要。Repucci说，TRW组建了集成的产品开发团队，成员们交换了“大量的电子邮件”。“当我们做出决定时，该小组参与了该决定，人们知道已经做出决定。

此外，TRW广泛使用其他小型卫星计划的技术，包括为Brilliant Pebbles和Brilliant Eyes等军事项目开发的技术。刘易斯的启动器，固态记录器，计算机技术和低温冷却器都是军事项目的先进开发项目。此外，刘易斯使用的姿态控制，数据管理和电力子系统在很大程度上依赖于成熟的技术。

有效载荷意味着收益。就像SSTI概念一样，TRW的高光谱成像仪(HSI)上的主要有效载荷推动了这个问题。“我们不是SSTI的特定任务，”沃特金斯说。“我们允许工业界回到我们面前，并提议使用他们觉得已准备好进行飞行测试的仪器。”一个例子是HSI，Watkins将其描述为同类太空飞行的第一种仪器。

“完成高光谱成像仪是我们面临的最大技术挑战，”Repucci说。LANDSAT是目前商业遥感的行业标准，它关注七个光谱带。“对于给定的分辨率，”马克福克曼解释说，“你必须收集与旧扫描仪相同数量的图像元素，但你有384个光谱带可以发送下来。”

“我们看到HSI和板载固态记录仪之间的数据速率为450 MBit /秒，”Repucci指出。高数据速率迫使TRW在现场可编程门阵列的应用中推动现有技术发展。“我们正在使用具有8,000个门的器件，其利用率优于90%，在FPGA内具有纳秒时序，”Repucci说。

从根本上说，HSI由望远镜，两个光谱仪和全色相机(PAN)组成。TRW称之为前视镜，望远镜使用三个镜子，焦距为1.048m。HSI光学系统光谱仪部分的刻面镜将望远镜收集的光束分成三条光线，然后传送到全色相机和光谱仪。全色相机提供高分辨率的黑白图像，有助于锐化两个光谱仪产生的高光谱图像。

其中一个光谱仪在可见光/近红外(VNIR)中工作，另一个在短波红外(SWIR)中工作。每个图像光谱通过入射狭缝到焦平面阵列(FPA)上。每个FPA在垂直于卫星扫过地球的路径的维度上具有256个像素(交叉轨道)。VNIR光谱仪在与卫星路径(沿轨道)平行的维度上具有128个像素，SWIR 256像素。

每个数据帧对交叉线图像光谱进行384次采样，覆盖0.4到2.5μm。沿轨道运动产生图像的第二维。来自光谱仪的数据可以排列成立方体，表示7.7千米宽，384光谱深度的空间，并且只要收集数据帧的数量。

Folkman解释说，钛合金支座将每个FPA与光机械子系统隔离开来，后者装有望远镜和光谱仪。从PAN和VNIR阵列延伸到其散热器的镀金铜热带可消除电阻加热，并允许VNIR阵列在273K下工作。

定制硅CCD形成VNIR光谱仪的焦平面。基本像素大小为20微米，活动图像区域为768 x 384像素。当光谱仪的电子设备读取数据时，系统将像素排列成3 x 3组，产生一个60 x微米像素的128 x 256图像阵列。该设备有四个输出端口。由于CCD工作在240 Hz，因此每个输出端口的像素速率达到2.4 MHz。

对于SWIR的焦平面阵列，工程师选择了Mercury镉碲化物(Mercad)光电二极管阵列和CMOS多路复用器。阵列格式为256 x 256像素，每个60微米正方形。它的帧速率为240 Hz，阵列的四个输出端口均为4 MHz。SWIR焦平面组件位于陶瓷基板上。为了使探测器保持在115K，封装安装在一个热隔离组件上，将探测器与光学平台隔离开来。除了冷却探测器的低温冷却器外，剩余的热路径是通过电缆。

全色相机的FPA由一个2592像素的线性CCD组成，每个像素为10微米。在轨，FPA通过两个输出端口以大约2 MHz的频率读出。鉴于像素大小比VNIR和SWIR像素小六倍，数据帧速率为1440 Hz。

在操作中，HSI用作推扫式扫描仪。当刘易斯宇宙飞船绕地球移动时，它像扫帚的头部一样向前扫过覆盖线。“除了我们打开的封面外，没有活动部件，”福克曼说。打开盖子暴露了前视镜(望远镜)并允许光线进入HSI。

由于基本的卫星结构(称为公共汽车)采用石墨结构，因此在轨道运行两周后，恒指不会打开其掩护。在此期间，结构应完成除气。

板载Lewis，HSI数据存储在固态记录器中。尽管可以通过车载计算机进行数据压缩或操作，但早期数据集将直接发送到地面站。地面人员将来自HSI和Lewis的遥测与图像数据合并，以解释仪器指向的位置。

接下来呢?沃特金斯和他的同事希望摆脱价值数十亿美元的大型卫星。这样做的一种方法可能涉及将非常大的卫星分解成许多较小的平台。在未来的任务中，NASA可能会证明小型卫星上的稳定仪器可以实现数据的共同登记。这种设置可以允许许多卫星作为虚拟平台飞行。

大空间计划的伟大日子可能永远不会回归。但刘易斯和恒生指数证明太空探索仍有未来。携带有能力的仪器的小型，相对便宜的航天器可以使我们继续研究地球穿越的环境 - 空间。

超过40个技术演示和实验将飞入刘易斯太空船的太空。850磅的车辆将试图证明小型航天器可以在轨道上进行重要的工作，并且可以执行三到五年的时间。