來源：中國無線電管理
作者：劉明星、趙哲、張寧
在介紹我們國家的第一顆業餘衛星後，本文重點分析我們國家所進行的業餘衛星活動，並對業餘衛星的管理方式進行整理，最後討論業餘衛星的發展趨勢。
1. 我國的第一顆業餘衛星
研發我們自己的業餘衛星的想法最早始於1998年，但進展緩慢。直到2005年，在航天科技集團第五研究院（中國空間技術研究院）退休專家提議下，將研發業餘衛星與研究院倡導的公益小衛星計畫結合，才重新啟動了我們國家的業餘衛星計畫，並定名為CAS-1，於2006年完成了衛星的設計、研發。
2007 年，「業餘衛星計畫」與「公益小衛星計畫」的結合想法，獲得了航天科技集團、中國科協、中國宇航協會和北京奧運組織委員會的認可。各方正式啟動「希望一號」衛星項目，這是我国的第一顆業餘無線電衛星，也是我国第一顆科普衛星。「希望一號」衛星於 2009 年 12 月 15 日，由「長征二號丙」運載火箭在太原衛星發射中心成功發射入軌。
圖 1：希望一號衛星結構圖
2009年12月19日，AMSAT 將「希望一號」編列為第68顆業餘無線電衛星，代號為HO-68。其中，「H」是英文「HOPE」的首字母，「O」則是國際上對業餘無線電衛星的通用稱呼「OSCAR」的首字母。這也是我国的第一顆衛星獲得國際業餘無線電界的編號。
表格 1：中國第一顆業餘衛星的技術參數
衛星名稱
希望一號 （XW-1/CAS-1）
國際編號
HO-68
衛星的形狀
八面體柱狀結構。重量約為60公斤，星體高度為480毫米、外層直徑為680毫米。
業餘衛星載荷
一台業餘無線電遠程測量信號發射器，以及三個業餘無線電通訊中繼器。
電源系統
該衛星採用被動熱控方式。利用砷化鎵太陽能電池陣和鋰離子電池聯合供電。
其他载荷
該衛星還攜帶一台小型彩色、高視野角的CMOS攝影機，以及一個適合青少年的科學實驗裝置。
工作頻率
遠程測量信號發射器在UHF頻段運作，其發射頻率為435.790 MHz，無線電輸出功率約為200 mW。
工作模式
這三個轉發器分別以調頻中繼模式、線性轉發模式和數據儲存轉發模式運作。
軌道參數
軌道的離心率為1200公里，傾角為105度，運行週期為109分鐘的太陽同步軌道。
調製方法
包括：無調製載波、等幅報和AFSK等方式；以及國際標準莫爾斯電碼傳送。
「希望一號」衛星的遙測信號，每次發送一個數據幀，發送時間約40秒後停止10秒，再發送下一個數據幀，如此循環。每個數據幀的遙測數據由衛星上的微處理器實時更新。雖然「希望一號」衛星目前只有一台信號發射機運作，但其優異的設計和穩定的性能使其成為業餘衛星中長壽的衛星，至今仍在軌運行。
「希望一號」衛星的遙測信號發送時序如下：
圖 2：希望一號衛星的信號發送時序圖
圖 3：希望一號衛星的軌跡
可以說，中國的業餘衛星計畫起步較晚，但一開始就獲得了國家的大力支持，這也成為中國業餘衛星部署的特點：由國家相關部門牽頭，各公益組織或研究機構和高等院校大力支持，後續的相關衛星將在下一篇文章中詳細介紹。
2. 我國所進行的非正式衛星活動
在與國外愛好者交流的同時，我国的業餘衛星愛好者也舉辦了各種具有中國特色的活動：首先是推廣中小學科學知識；其次是鼓勵青少年參與航天器的研發；第三則是由國家相關部門建設科普實驗基地。
（1） 舉辦聯邦性競賽
國家體育總局與教育部、中國科協、共青團中央等部門，已經連續多年持續舉辦「全國青少年業餘無線電衛星通訊錦標賽」及其相關的業餘無線電活動。
圖 4：青少年參與業餘衛星通訊錦標賽
青少年參與的衛星通訊相關活動主要包括製作衛星通訊天線和接收衛星信號兩部分。天線製作比賽，參賽者在規定時間內，按照規定方案獨立完成VHF/UHF雙波段手持式業餘衛星通訊八木天線的製作和調整，並當場提交書面製作報告。 接收衛星信號的比賽，參賽者使用自製的天線、自行準備的接收機及相關設備，在規定時間和地點架設設備，並手持天線追蹤指定的業餘無線電衛星，完成信號的接收。 這些與業餘衛星通訊相關的比賽活動，讓中國青少年感受到了航天探索的魅力。近年來舉辦的衛星業餘相關賽事遍布華北、華東、華南等地，詳細資訊請參閱下表。
表格 2：全國青少年業餘無線電衛星通訊錦標賽的舉辦地點
舉辦時間
舉辦地點
2010 年
廣東省珠海市
2011 年
安徽省合肥市
中國人民解放軍陸軍軍官學院
2012 年
廣東省 廣州市
…
…
2017 年
北京市朝陽區
2018 年
江蘇鎮江
2020 年
河北省保定市
從歷年的參賽情況來看， 참가者既有小學生也有高中生。透過比賽前的訓練和比賽過程，孩子們不僅學習了無線電、天文、物理學和航天科技等方面的知識，同時也透過實作，學習到了課本以外的知識。小朋友們在製作和通訊中體會到學習的樂趣，並且在活動過程中培養了他們的探索精神。透過將競技比賽與科技體驗活動結合的方式，充分展現了台灣衛星無線電通訊的獨特魅力。
衛星業餘無線電的信號，最初被用於追蹤衛星運行。其次，衛星信號通常包含反映衛星工作狀態的遙測數據，業餘無線電愛好者透過解碼遙測數據，可以了解衛星的工作狀況。2010年和2011年舉辦的前兩屆全國青少年業餘無線電衛星通訊錦標賽均使用了我國的第一顆業餘衛星HO-68（XW-1）。
（2）青少年科學普及活動
2016年11月10日上午7點42分，「豐台少年一號」暨「少年夢想一號」這兩顆由中學生參與研發的科普衛星，在酒泉衛星發射基地搭載長征11號運載火箭成功發射升空。中國成為繼美國、俄羅斯、法國、日本、印度之後第6個成功發射並順利升空的青少年研發衛星國家。這也是北京市豐台區大力推動中小學生科技教育，提升青少年科學素養，整合各方資源成立錢學森青少年航天學院後取得的重要階段性成果。
2011 年，在中國載人火箭技術研究院等院士和知名專家的協助下，北京市豐台區成立了錢學森青少年航天學院，並啟動了「青少年小型衛星計畫」。小型衛星發射升空工作是錢學森青少年航天學院的一項重點工作，首顆小型衛星的樣品於 2012 年由北京十二中錢學森航天實驗班的學生成功研製。
圖 5：北京市豐台區中小學科技課程啟動儀式
「豐台少年一號」暨「少年夢想一號」長10公分、寬10公分、高20公分，重1.87公斤，主要顏色為黑色。這顆衛星也是錢學森青少年航天科學院研發的第三顆青少年衛星，主要用於錢學森青少年航天科學院進行中學生天地通訊實驗。小衛星升空後，全世界的無線電愛好者都可以接收衛星訊號並接收語音訊息。
圖 6：青少年參與「豐台少年一號」衛星研發計畫
來自北京十二中、北京十八中、北京市航天學3所學校的6名學生，在專家龔萬驄（BAIDU）老師的指導下，參與這顆小型衛星的研究計畫。他們利用週末和假日的時間，系統地完成了關於衛星結構、星箭分離、衛星電源技術、星地無線電通訊、衛星發射場的雷電探測與防治、衛星軌道的分析和計算、以及太空環境對食用菌影響等七個主題的學習，並參與了衛星研製、星箭匹配、以及衛星測試，最終於11月10日成功發射升空。
「小型衛星計畫」旨在讓青少年參與衛星發射升空，中學生參與衛星設計、研製過程，將大幅提升學生的科學素養，並有效地培養學生的科技探索能力。隨著研究的推進，「中國運載火箭技術研究院」已同意將此小型衛星計畫發展成系列，「豐台少年2號」小型衛星的功能將更加強大，可在軌工作時間可達2年。
（3）建立科普基地
業餘無線電愛好者有自己的社群，也有自己舉辦活動的方式和方法，年輕人也有相應的活動組織方式，但上述活動沒有固定的時間、地點，也沒有相關性。國家無線電監測中心作為無線電管理技術機構，為下屬單位「北京東方波泰無線電頻譜技術研究所」特別設立了業餘無線電科普研究基地。
圖 7：研究所在建設的業餘無線電科普基地
在國家無線電監測中心的技术支援下，於2020年11月投入試運行的業餘無線電科普研學基地，未來將在無線電通訊技術、天文知識等多領域的科學普及中發揮更重要的作用，透過科普引導大家對科研探索的興趣，努力讓公眾理解科學、熱愛科學、探究科學，培養科研人才，助力科技強國建設。
3. 我國的業餘衛星管理
（1）中國的非正式衛星組織
1969年，美國的業餘無線電衛星組織（AMSAT-NA）在華盛頓特區成立。國際上許多國家都有自己的業餘衛星組織，例如英國的AMSAT-UK、德國的AMSAT-DL、巴西的BRAMSAT和阿根廷的AMSAT-LU。我們國也成立了相應的業餘衛星組織—CAMSAT。各國的業餘衛星組織都獨立運營，但在許多大型項目上展開廣泛的合作。例如，早期的美國愛好者與澳洲、日本及歐洲的愛好者共同推動業餘衛星通訊活動成為一種無線電業務。
業餘衛星的發射和營運由我國的航天主管部門（國家航天局）審核，無線電頻率和軌道資源的審核則由頻率主管部門（工業和信息化部）審核。為擴大業餘衛星無線電活動的影響力，在中國無線電協會的支持下成立了業餘分會，業餘衛星的通訊和活動將在中國無線電協會業餘分會的指導下進行。
（2）我國的非專業衛星管理
在《無線電規則》和《中華人民共和國無線電頻率劃分規定》中，對業餘無線電相關活動有明確的定義：業餘業務指供無線電愛好者進行自我訓練、相互通訊和技術研究的無線電通訊業務。業餘無線電愛好者是指指定正式批准的、對無線電技術有興趣的人，其興趣純屬個人嗜好，不涉及謀求利潤。衛星業餘業務指利用地球衛星上的空間廣播站，進行與業餘業務相同目的的無線電通訊業務。
關於業餘無線電台的管理，我国於2012年頒布《業餘無線電台管理辦法》，該辦法涉及業餘無線電台的設置審批、業餘無線電台的使用、業餘無線電台呼號等內容，並附有申請表格和電台呼號說明。管理辦法第二十八條的（二）款明確規定禁止利用業餘無線電台進行商業或其他與營利有關的活動。
在發展衛星業餘活動時，必須確保其公益性質，讓愛好者和青少年能夠從中獲得利益，讓太空探索更貼近一般民眾的生活，並使科技創新和技術實踐成為我們邁向宇宙的動力來源。
4. 業餘衛星的未來展望
自1961年第一顆業餘無線電衛星OSCAR-1升空以來，業餘衛星已受到來自全球大量業餘愛好者的關注。無線電愛好者利用業餘衛星進行通訊、實驗，甚至在搶險救災的重要時刻發出寶貴的求救信號。業餘無線電衛星通訊是當今簡單、廉價且能夠清晰體驗整個衛星通訊過程的有效手段。
OSCAR-1 的成功充分證明：業餘無線電愛好者具有設計和製造能夠可靠運作的人造地球衛星的能力，業餘無線電愛好者具有與航天發射部門進行技術協調的能力，業餘無線電愛好者具有追蹤人造地球衛星的能力，以及業餘無線電愛好者具有處理相關的科學和工程數據的能力。
近年來，隨著衛星商業模式和微型衛星製造產業的成熟，微型衛星出現了爆炸式發展，廣泛應用於新技術驗證、科學實驗、科普教育、地表遙測和通訊等領域。然而，同時，部分衛星操作者違反規定，利用微型衛星進行商業活動，在業界造成負面影響，甚至引發國際上的投訴事件。未來的微型衛星將呈現以下發展趨勢：
（1）衛星平台的多元化：隨著業餘衛星朝小型化發展，也會出現更多不同的形態，既有獨立的專用業餘衛星平台，也有與通訊衛星、導航衛星、對地觀測衛星等衛星平台結合的方式。
（2）網路方式多元：過去的業餘衛星，通常都是單顆衛星獨立運作，未來將出現業餘衛星群，甚至專業的業餘衛星星系。
（3）技術含量高： 未來的微型衛星和業餘衛星，將廣泛應用於科學實驗、新技術、平台設計驗證等方面。 其中典型的代表為：2019年7月，我國發射的最新「北理工1號」，即是一顆微型業餘衛星，該星主要用於驗證「帆球」航天器技術和新型空間無線電技術。
圖 8：北理一號衛星的運行效果圖
（4）研究開發週期縮短： 未來的業餘衛星研發將大幅縮短，透過平台化的生產和專業化的模式，可以縮短業餘衛星項目的申請、實施和運行的週期。
（5）研發經費低：目前，一顆小型衛星的研發費用通常在數百萬到上億元人民幣之間，而未來透過大量生產和模組化生產，可以進一步降低成本。
（6）發射成本低：透過使用小型火箭進行大量發射，或將大型衛星作為次載荷一同發射，有多種方式可選擇。隨著火箭技術的進步，小型衛星的發射成本也得以降低。
（7）合作方式多元：國內外各方技術人員將加強合作力度，同時，國內的研究機構和商業航天公司也會積極探索新的合作模式。
5. 總結
從目前的情況來看，我國的業餘衛星操作者主要是研究機構、教育機構（特別是大學）和新興衛星運營商，主要用於科學實驗、驗證星、科普教育等用途。從頻率上來看，可以得知我國業餘衛星主要使用的仍然是紫外線頻段。高頻段的厘米波甚至毫米波具有豐富的無線電頻率資源，將成為未來發展業餘衛星的有益條件。
我相信，隨著中國的業餘衛星活動日益豐富，以及中國空間站的部署和火星探測活動的推進，我們將從太空中向更深邃的宇宙邁進。
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