摘要
微纳卫星是一类重量低于100kg的人造卫星的统称。其中，微卫星的重量一般小于100kg，而纳卫星的重量一般小于10kg。当前最为热门的“立方星”概念同属于微纳卫星的概念范畴。在当前电子工业飞速发展，商业化航天发射及卫星制造行业趋于成熟的现实条件下，高校及研究机构自研微纳卫星成为了可能。但面向学生和初级研究人员的微纳卫星开发却仍然处在各自为战、每个任务和研究都从零开始研发的现状。对于那些试图探索微纳卫星制造和开发的研究者来说，提供一种具有代表性的初级微纳卫星开发平台具有实际的研究意义。 本文针对采用商业化元器件(COTS)及汽车级、工业级元器件制造的立方星，提出了一种具有类似电学结构的立方星模拟器，并在其基础上实现了模拟轨道运行电学参数及模拟卫星系统内失效的微纳卫星失效分析试验台。它可被视为一种“立方星开发板”，在该平台上，用户可以初步地体验到微纳卫星应用程序开发的一般流程，以及如何处理微纳卫星在轨工作的一些典型状态。本文完成了以下工作： 通过对于微纳卫星的基本架构抽象，进行了卫星整体结构设计，并确定模拟器的设计目标。在此基础上，设计并实现了1U立方星的星上电子系统。该系统的硬件由星载计算机、演示性卫星模拟载荷和卫星供电系统组成。各部分由一块标准1U立方星规格的电路板组成，并实现了星载计算机热备份、星上总线的拓扑结构、太阳敏感器和拍摄相机的驱动、星上子板的电源供应与管理等关键功能。其软件部分采用FreeRTOS嵌入式实时操作系统，并相应地编写了服务于用户程序的系统级服务进程，对系统内置功能和组件以及硬件驱动和处理函数进行了接口封装，为二次开发提供了基础平台。在该系统上开发用户级应用时，所有应用通过调用接口及访问系统所提供的寄存器，即可在不需要直接操作硬件的前提下获取系统状态，执行相应的逻辑操作。 通过分析卫星在轨工作时的状态及环境特点，设计并实现了微纳卫星失效分析试验台，通过这一试验台，用户可使用微型计算机上的控制软件，向卫星模拟器上传指令，模拟卫星电子系统工作状态及意外失效等情境。并可通过调试接口查看各块子板工作状态及调试信息。这些状态模拟为用户的二次开发提供了调试环境，使得用户不必搭建真实的测试环境，即可对几种典型情境的程序处理进行模拟，检查程序反应是否正常得当。 通过本文中所述的工作，最终完成了微纳卫星模拟器的设计和制作，并研制了微纳卫星失效分析试验台，经过测试，符合设计需求及预期目标。
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