來源：中國無線電管理
作者：劉明星、趙哲、張寧
基於對我國首顆業餘衛星的回溯，本文分別對目前在我國軌道的業餘衛星、已退役的業餘衛星以及未來將部署的業餘衛星進行整理，並總結我國發展衛星業餘業務所具有的特點。
- 我國在軌的業餘衛星
根據從 AMSAT 網站提供的愛好者通訊記錄來看，目前在軌的業餘衛星共有 10 顆，分別為 XW-2 系列、CAS-4 系列、LilacSat-2、FMN-1，詳細請參閱表 1。
以上提到的衛星，參與者包括業餘衛星組織、商業公司以及大學等，豐富的參與單位為業餘衛星相關活動提供了大量的機會與平台。
1.1 XW-2 （CAS-3） 系列衛星
2015年9月20日上午7點01分，希望二號系列衛星在太原衛星發射中心升空。該系列共有6顆衛星，其中XW-2A為20公斤級的皮質衛星，XW-2B/2C/2D為3顆10公斤級的皮質衛星，XW-2E/2F為2顆1公斤級的立方星。
（1）XW-2A 衛星
XW-2A （CAS-3A） 衛星攜帶 U/V 模式 20 kHz 頻寬線性饋波器，並在 400 公里的太陽同步軌道上運行。
圖 1：XW-2A 衛星示意圖
（2）XW-2 B/2C/2D 衛星
XW-2B/2C/2D（CAS-3B/3C/3D）是一組相同的衛星組合，它們都配備 U/V 模式 20 kHz 線性發射器，並在 500 公里的太陽同步軌道上運行。
圖 2：XW-2B/2C/2D 衛星示意圖
（3）XW-2E/2F 衛星
XW-2E/2F （CAS-3E/3F） 是一對小型衛星，同樣搭載 U/V 模式 20 kHz 線性發射器，並在 500 公里的太陽同步軌道上運行。
圖 3：XW-2E/2F 衛星示意圖
下圖顯示「希望二號」系列的衛星的轉發器頻率配置情況。
圖 4：XW-2E 系列衛星頻率配置示意圖
XW-2系列的衛星發射器的頻率為業餘愛好者廣泛使用的VHF/UHF頻段（145/430MHz頻段），該系列衛星均配置相同的線性發射器，並配備相同四分之一波長的單極鞭狀天線。每顆衛星均配置一副UHF天線、一副VHF天線，如圖所示，詳細的頻率方案如下。
表格 2：希望二號衛星的上行頻率
表格 3：希望二號衛星的向下頻率配置表
我們希望第二代衛星採用整合式設計，將衛星上的電子設備標準化、衛星載具設備通用化、以及衛星內部設備無纜連接。中國相關機構透過研發「希望二號」系列衛星，探索並實踐了皮納衛星的初步應用，實現了皮納衛星在軌自主管理、多模式異構備份等技術，初步建立了通用、標準化的皮納衛星產品體系和標準協議，為應用型的皮納衛星後續發展與使用奠定了基礎。
1.2 LilacSat-2 （CAS-3H） 衛星
LilacSat-2（CAS-3H）衛星，即紫丁香二號衛星，由哈爾濱工業大學研發，攜帶 V/U頻段的 FM 轉發器，目前運行在 500 公里的太陽同步軌道上。 LilacSat-2 與 XW-2 系列衛星使用同一顆長征 6 火箭以「一箭兩打」的形式成功發射，下圖為紫丁香一號衛星的星上結構和功能模組示意圖。
圖 5 紫丁香一號衛星的星載
測控發送接收機 A 採用 IQ 零頻／低頻架構的 V/U 軟體無線電發送接收機，可實現多通道發送接收及對各種射頻參數的靈活配置與切換，此外，多模式業餘無線電轉發器也在其基礎上實現。其下行模式包括：1.2/9.6 kbps BPSK、1.2 kbps MSK、1.2 kbps AFSK 以及 FM 等，最大輸出功率為 27 dBm；上行模式則包含 AFSK、FM 等。測控發送接收機 B 則是 L/U 頻段的 FSK 發送接收機，可全雙工工作，其下行碼速率為 1.2/4.8 kbps，最大輸出功率為 27 dBm。
紫金山一號衛星的主要目的在於建立飛行軟體軌道實驗平台，用於分析空間單粒子效對FPGA軟體功能和性能的影響。同時，該衛星也基於衛星上的電子設備，進行全球航班ADS-B等狀態資訊監測以及大型野生動物蹤跡追蹤等任務。此外，該衛星還攜帶了一個工業紅外相機，探索採用納衛星進行對地環境監測的可行性和有效性。
圖 6 紫丁香一號衛星結構圖
紫丁香二號衛星的無線電系統包含測控發送接收機 A、測控發送接收機 B、GPS/BD2 接收器、寬頻接收模組以及相應的天線，構成如圖所示的框圖。
圖 7：紫丁香一號衛星的無線電系統組成示意圖
紫丁香一號衛星的UHF頻段天線由4根傾斜的1/4波長振盪器組成的雙圓極化全向陣列；VHF天線和AIS天線則為使用鈦鎳記憶合金材料的1/4波長展開天線；L頻段天線和BG2/GPS天線則是微帶天線。
「紫丁香一號」的特殊之處在於，該衛星是由黑龍江大學的15名大學生設計建造，這也是中小學生參與太空探索的一項有益嘗試。
1.3 CAS-4 系列衛星
CAS-4（珠海-1/2）系列是搭載在遙測衛星上的衛星業餘載荷，目前有 CAS-4A/4B 兩顆衛星於軌道。CAS-4A 和 CAS-4B 搭載在珠海 1 号星座中的 OVS 1A 和 OVS 1B 兩顆遙測衛星，於 2017 年 6 月 15 日發射，運行在 500 公里的傾斜軌道上，衛星配備 U/V 波段線性饋送器（下行 145 MHz 頻段 / 上行 435 MHz 頻段），這兩顆微型衛星也負責執行光學遙測任務。
CAS-4A線性饋射器的向下頻率為145.87 MHz，向上頻率為435.22 MHz，遠端測量頻率為145.835 MHz；CAS-4B線性饋射器的向下頻率為145.925 MHz，向上頻率為435.280 MHz，遠端測量頻率為145.890 MHz。
圖 8：珠海一號衛星效果圖
CAS-4 系列的兩顆衛星是由民營航天機構發射的衛星，其特殊之處在於這兩顆衛星搭載在遙測衛星上，這是另一個有益的嘗試。
1.4 FMN-1 (芬曼يو-1) 衛星
2018年2月2日15時51分，我国首顆私人衛星在酒泉衛星發射中心成功發射。該衛星的發起者、御風資本董事長馮侖表示，希望透過「風馬牛一號」來實現衛星與手機互動娛樂的結合，探索媒體的新玩法。「風馬牛一號」的外形尺寸為300mm。100mm100mm，與鞋盒大小相仿，重量為4公斤，功耗為8W。它配備了4K高清全景攝影機，可以呈現360度的太空高清照片。「風馬牛一號」衛星是探索空間業務新應用的一次嘗試，該衛星搭載了業餘無線電的載荷，能夠為全球的愛好者提供通訊平台，上下行頻率分別為145.945MHz和435.35MHz。
圖 9：風馬牛一號衛星效果圖
「風馬牛一號」是首顆將衛星作為媒介，以載運內容為核心的一顆衛星，該衛星還會攜帶兒童合唱版的《千字文》進入太空。當衛星進入軌道後，配合地面接收設備，就能收到實時圖像。除了媒體應用和探索之外，還將推廣公益和航天教育。
圖 10：風馬牛一號衛星效果圖
「風馬牛一號」是世界上首顆全景衛星，作為第一個媒介形式的衛星，它讓大眾「既遠又近」。透過科學技術，它跨越了時間和空間的障礙，為大眾傳來遙遠太空的圖像和聲音。然而，它並沒有拉開距離感、降低普通民眾的參與度，而是作為一種新興媒介，以新型內容激發大眾的互動興趣。在衛星發射前，「風馬牛」團隊發起了關於「夢想語音」的徵集活動，收集到的祝福將隨著衛星一同上天，繞地球旅行後再傳回地面，這次活動就有上千人參與。
「風馬牛一號」衛星的成功，離不開中國快速發展的民用航天技術。它也致力於公益活動和航天教育，形成良性循環。「風馬牛」團隊將獨家開發一套用於接收衛星訊號的硬體設備，並與國內頂尖的青少年航天教育機構合作，打造一系列基於衛星訊號接收的課程和興趣活動，激發大眾、特別是少兒對航空航天的興趣，讓衛星所產生的社會意義和價值最大化。
- 我國退役的業餘衛星
中國的衛星業餘業務發展迅速，截至目前已有多顆衛星退役，分別為：CAS-2、CAS-6、CAS-7 系列，詳細如下。
2.1 CAS-2 系列衛星
原計劃在2015年發射的CSA-2A1和CSA-2A2兩顆衛星，將由CAS-3系列衛星取代。該系列的CAS-2T衛星，即「豐台少年一號」衛星，是一顆搭載了衛星業餘無線電載荷技術驗證衛星。
圖 11：豐台少年一號衛星示意圖
2.2 CAS-6 系列衛星
CAS-6（天啟-1/TQ-OSCAR-108/TO-108）是搭載有業餘無線電載荷的引力波探測實驗衛星，於2019年12月20日發射升空。該衛星由東方號衛星公司為中山大學和華中科技大學建造，衛星尺寸為490mm×499mm×430mm，重量約35kg，搭載VHF頻段CW遠程測量信標以及U/V模式帶寬為20kHz的線性轉發器和大氣風（Atmospheric Wind）探測器。
圖 12：CAS-6 衛星測試圖
搭載 CAS-6 衛星的長征十一號運載火箭，是我們首次在海上發射，具有重要的里程碑意義。
2.3 CAS-7 系列衛星
CAS-7B （FENGMANIU-1） 衛星是一種結合教育的業餘無線電衛星。中國業餘衛星組(BP-1B)與北京理工大學（CAMSAT）合作，為衛星的發射提供支援。北京理工大學的許多教師和學生正在參與衛星的開發和測試。CAS-7B於2019年7月底成功發射並進入預定軌道。
透過CAMSAT的支持，北京理工大學成立了業餘無線電俱樂部（呼號：BI1LG），大學生透過學習與業餘無線電衛星通訊相關的知識，在體驗無盡樂趣的同時，也激發了對太空的嚮往，並為未來的學習提供了實踐基礎。
圖 13：CAS-7 衛星實驗示意圖
CAS-7B 是一種 1.5 米立方體衛星，衛星的一面覆蓋著一個直徑為 500 mm、重量約 3 公斤的柔軟薄膜球。衛星利用氣動阻力帆被動控制軌道來維持穩定。衛星在 300 公里高度的圓形軌道上運行，軌道傾角為 42.7 度。衛星配備 VHF 天線：1/4 波長的單極天線，最大增益為 0 dBi，位於 +Y 側；兩根 UHF 頻段的 1/4 波長單極天線的最大增益為 0 dBi，位於衛星 -Z 和 +Z 側。 CW 遙測信號頻率：435.715 MHz / 20 dBm，V/U 調頻轉發器的向下鏈路：435.690 MHz / 20 dBm，帶寬為 16 kHz，V/U 調頻轉發器的向上鏈路：145.900 MHz，帶寬為 16 kHz。
圖 14：CAS-7衛星飛行效果圖
作為一顆科學技術驗證的微型衛星，「北理工1號」衛星完成了兩項具有創新性的科研驗證任務，分別是「帆球」技術和新型空間無線電技術。值得一提的是，這是中國首次在太空任務中使用和驗證空間「帆球」技術。
「帆球」技術及其基於「帆球」的柔性輕型航天器技術，是指將柔性材質的航天材料以摺疊的方式儲存在衛星艙內。當衛星正常進入軌道後，釋放柔性材料並展開膨脹成球狀，球狀結構的體積大於衛星數倍，就像為衛星展開一面風帆。未來，「帆球」技術將直接服務於小天體探測等深空探索任務。BP-1B衛星的備用星BP-1A預計在2021年發射。
- 我國後續的業餘衛星
3.1 CAS-5 衛星系統
CAS-5 系列共有兩顆衛星，分別為 CAS-5A 和 CAS-5B，原計劃於 2018 年發射。 CSA-5A 是一顆尺寸為 6U 的立方星，預計搭載以下業餘無線電載荷。
以上所述的转发器中，除了 H/U 模式的转发器具有 15 kHz 的頻寬之外，其他所有转发器的頻寬皆為 30 kHz，預計部署在軌道高度為 530 公里的太陽同步軌道，軌道傾角為 97.5 度。
圖 15：CAS-5A衛星示意圖
CAS-5B衛星是一種重量僅為0.5公斤的「微型衛星」（Femto-Satellite）計畫，搭載在UHF頻段使用的單色（BIT）信號，並與CAS-5A衛星一起部署。
3.2 CAS-8 系列衛星
計畫中的 CAS-8 衛星系統是由亞太空間合作組織 （APSCO） 發起的學生小型衛星項目。 APSCO 於 2008 年成立，是一家總部設在北京的政府間組織，成員國包括孟加拉、中國、蒙古、巴基斯坦、秘魯、泰國、土耳其和印度尼西亞。 CAS-8 衛星計畫由四顆衛星組成，包括兩顆 30 公斤級的小型衛星（CAS-8A 和實驗小型衛星 CAS-8B）以及一顆初級小型衛星 CAS-8B，以及兩顆 3U 立方體衛星 CAS-8C 和 CAS-8D。
CAS-8衛星計畫由北京航空航天大學主導，與中國業餘衛星組織（CAMSAT）合作，將業餘無線電技術納入該計畫，並與其共同帶領其他七個亞太地區空間合作組織成員國完成該計畫。
CAS-8A 內建 V/U 線性中繼器、UHF頻段的 CW 訊號標誌，以及 AX.25 4k8/9k6 GMSK 遠端訊號標誌，並支援 S 頻段 192kbps GMSK 影像和 4k8/9k6 GMSK 遠端下行鏈路。
預計四顆衛星的頻率分別為：
CAS-8 衛星將是我國首次設立星際連線的業餘衛星，是一種嶄新的嘗試，為未來的業餘星座探索累積經驗。 CAS-8 計畫旨在為亞太地區空間合作組織成員國的學生和教師提供空間技術學習和衛星工程實踐的平台，透過小型衛星的設計、研發、軌道飛行測試及應用，提升成員國的航天教育水平，並與成員國共同建設「一帶一路」空間資訊走廊，為亞太地區空間合作組織成員國的航天教育體系發展貢獻力量。同時，CAS-8 衛星將實現 APSCO 八個國家透過太空共建業餘無線電聯盟的協同效應，為 APSCO 的成員國青年學生提供新的科普工具，進行自我培訓、相互交流和技術考察，也為全球業餘無線電愛好者提供了新的衛星平台。
- 總結
從我國業餘衛星發展的歷程來看，我國的業餘衛星仍然處於技術探索和累積階段，而且大多是以載波的方式，也就是在商業衛星上搭載業餘衛星的轉發器，為愛好者提供通訊的平台。
從業餘衛星參與單位來看，既有衛星業餘組織，也有大學等研究機構，這表明技術的先進性和探索性具有重要的意義。
目前，中國的業餘衛星發展狀況良好，許多商業衛星搭載了業餘衛星的載具，但商業氛圍濃厚可能會成為愛好者探索空間通訊技術的一大障礙。
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