人造衛星 UPSat 也開放原始碼？

開源碼軟體很難用，開源作業系統佔有率很低，只有 Windows 才是王道啦！！相信很多人至今仍有這個錯誤印象，實際上在這個時代，智慧家庭幾乎完全仰賴 open source──家家戶戶的 Wi-Fi 無線基地台、數位電視機上盒、Android 手機或平板、智慧語音管家（Amazon Echo、Google Home）等，裡面都有個 Linux；iPad、iPhone、iMac、MacBook 裡面的系統也是衍生自開源的 FreeBSD 系統，再加上壓倒性採用開放原碼的網頁伺服器、雲端服務等，沒有了開源軟體，現代人還真不知道要如何生活下去呢。如今更厲害的來了，開源碼軟硬體增加了生力軍──人造衛星 UPSat 。

UPSat 是一顆 2U 的微型方塊衛星（20×10×10cm，外太空部署微型衛星的單位跟電腦主機類似），任務是電離層電漿密度的科學研究，由自由太空基金會（Libre Space Foundation）與希臘派特雷大學（University of Patras）合力開發且共同營運。它的尺寸不大，就像一台小電腦主機，設計上，所有的軟硬體完全排除了商用元件，全部以開源的軟硬體從頭開始打造起。

過去大眾印象裡，送衛星上太空是很重大的任務，要先用火箭把太空梭專程發射到外太空，然後太空梭再飛到指定的軌道，打開肚子，把巨大的衛星卸載出去，然後太空人離艙，進行危險的太空漫步把衛星設定好，這顆衛星才能開張營運；現在有了微型衛星以後，送衛星上太空比較像是貨運宅配到軌的概念，而且過程幾乎全自動，甚至還可以回收衛星，不用像過去，太陽能板壽限到了，電力耗盡後只能變成太空垃圾，在掉回地球的過程中燒毀。

首先是在 4 月 19 日，這顆衛星搭載於 Orbital ATK Cygnus 自動貨櫃太空船（當然是集貨好的，一次裝載 150 單位的貨物）用火箭發射升空，送到國際太空站（International Space Station）；在站裡，會有專人管理配送的作業（類似宅配業者的營業所），這是全程唯一需要人工的地方；再於 UTC 時間 5 月 18 日早上 8:24 透過 NanoRacks 的方塊衛星部署器從太空站發送到指定軌道（一次可以部署超過 40 顆方塊衛星）。30 分鐘後，地面的接收站就成功地開始收到 UPsat 無線訊號，這開啟了開放源碼軟硬體在太空應用的里程碑，這使得打造微型衛星的困難度大為下降，太空科技的運用將更加普及。

▲ 4 月 19 日火箭發射到 Cygnus 太空船在太空中開始飛行的全程錄影。

▲ nanoracks 方塊衛星部署器的配送過程。

當然這個衛星的原始碼真的是開放的，全部放在自由太空基金會的 GitHub 上，授權有 CERN OHLv1.2 與 GPLv3等。結構上，這衛星小歸小，不過麻雀雖小五臟俱全。它由六大子系統組成：

EPS：Electrical Power Subsystem ，供電子系統的縮寫，負責把太陽能模組轉化的電力，供電到各系統，或者太陽能供電不足時，轉用內部電池。
OBC：On Board Computer 的縮寫，這是 UPSat 衛星的大腦，它負責了於所有核心飛行功能，並執行所有子系統的主要決策和監控，STM32F4 微處理機是其心藏，其作業系統是 FreeRTOS（開放源碼的即時作業系統）。
COMMS：Communications Subsystem ，通訊子系統的縮寫，顧名思義，這是負責通訊的，核心是 CC1120 通訊晶片。衛星上所有系統內與發送到地面站的的資訊封包都使用 ECSS-CCSDS（定義在 ECSS-E-70 裡）。
IAC：Image Acquisition Component ，影像取得模組的縮寫，這是一個嵌入式 Linux 機板──DART4460 ，運作一個客製化 OpenWRT 系統，相機是一個 USB Ximea MU9PM-MH。
SU：Science Unit ，科學元件的縮寫，在衛星的最頂端，透過 4 根探針分別收集電流，即時測量出電漿密度，測量電流範圍從 1nA 至 2μA。
ADCS：Attitude Determination and Control Subsystem，姿態穩定與控制系統，基於磁力計的 3 軸主動系統，以安裝在衛星四面太陽能電池板背面的矩形磁性線圈（x4）產生控制力矩。磁性線圈之所以安裝在太陽能板背面，是因為可以透過太陽能板計算出陽光角度，來旋轉調整衛星，此外還有 GPS 可以修正 SGP4 數值，與精準的時間更新。

有興趣的話，按照這些縮寫索驥，就可以研究對應的原始碼，當然你有錢有閒的話也可以自己打造一顆（當然要發射到太空，問題只在運費囉）。

關於自由太空基金會

自由太空基金會是一個致力於開發自由太空硬體的組織（Libre Space Foundation）。它誕生於第一屆 Hackaday 獲獎的 SatNOGS 專案，是人人可以 DIY 的開源小型衛星地面站，硬體部分是一般人容易取得的材料、一般商用電子產品（Raspberry Pi 3 機板 + Linux 桌面系統等）與一點點的 3D 列印，就能組裝出自己的小型衛星地面站，接收來自低地軌道（Low Earth Orbit，縮寫 LEO）衛星的數據。訊號上，預設是支援 VHF、UHF 頻帶，擴充到其他頻帶也很容易，此外還可以把數個 SatNOGS 地面站以網路通訊整合程 SatNOGS Network，透過全球的 SatNOGS 地面站網路能更方便地接收特定衛星訊號，這讓衛星資料數據的運用範圍變得更廣泛，使用衛星不再是特定單位或公司的專利了。