卡内基梅隆大学（Carnegie Mellon University）班级建造前往地球轨道的卫星

分为几个团队——专注于沟通;制导、导航和控制（GNC）;和视觉——来自卡内基梅隆大学的学生模拟了卫星如何收集和传输可用图像。

在房间的另一边，航空电子团队的同事们布置了一排排电路板，并解释了如何在卫星进入太空时向卫星推送更新。房间里的嗡嗡声在机械团队到达关键时刻时停止了。他们需要鱼线才能断裂。

半透明的琴弦啪啪作响，太阳能电池板从立方体卫星的侧面展开，促使机械工程硕士生阿什利·克莱恩（Ashley Kline）举起双臂庆祝。太阳能电池板将使这颗小型卫星能够为其任务提供动力：在轨道上跟踪自己。

此次测试的成功发生在清迈大学航天器设计-建造-飞行实验室课程的演示日期间，该课程汇集了来自清迈大学工程学院（opens in new window）、梅隆理学院（opens in new window）和计算机科学学院（opens in new window）的学生，为期两个学期，设计和建造了一颗计划于明年发射到太空的小型卫星。 机器人研究所 （RI） 助理教授 Zac Manchester（opens in new window） 和电气与计算机工程系 （ECE） 教授 Brandon Lucia（opens in new window） 主持了这门课。

“我很想在学生时代上这门课，”曼彻斯特说。

小型卫星，称为纳米卫星，可用于农业、灾害响应或科学研究。但要使用这些设备，研究人员需要知道它们在轨道上的位置，这可能是一项昂贵且不精确的任务。凯尔·麦克利利（Kyle McCleary）是ECE的博士生，也是这门课的助教，他一直在研究使用视觉传感和机器学习算法来改善这些小型卫星的轨道确定。在课程中，McCleary和大约30名学生将这项研究付诸实践。

学生们被分为五个小组：通信、航空电子设备、机械、GNC 和视觉。这种结构反映了人们在NASA或其他太空探索公司看到的子系统团队。

通信团队负责在太空中向卫星发送和从卫星发送的无线电命令。卫星的天线由亮黄色卷尺制成，向团队提供图像和测量结果，以帮助他们确定卫星的位置。该团队还建造了一个地面站，该地面站一直在接收曼彻斯特3月初发射的立方体卫星的信息。

ECE的大四学生Rohan Raavi是航空电子团队的成员。他开玩笑说，由于压力，他尽量不去想这颗卫星进入太空。但他说他喜欢这门课。

“它向你展示了在科学和工程领域还有多少需要学习，以及有多少进步空间，”拉维说。“航天工业一直非常关注可靠性，因为他们不想冒失败的风险，这意味着有很大的进步和改进空间，就像我们在本课程中所做的那样。

航空电子团队设计了卫星的电路板和执行命令所需的软件。他们的工作需要到达太空，这就是机械团队的用武之地。他们确保一切都正确构建以适合火箭，并且当设备进入太空时，卫星打开并部署了太阳能电池板。

当曼彻斯特来到CMU时，他和Lucia联手推出了这门课程。他说，告诉学生们这颗卫星将进入太空，学生们有一种严肃的感觉，因为他们知道这个项目最终会进入地球轨道，为新的研究做出贡献。

露西亚解释说，这门课的学生从一个任务概念开始。

“这些学生给人留下了深刻的印象。这些是专业工程师无法完成的任务要求，但他们已经创造了一些可以飞行的东西，“他说。

GNC和视觉团队在任务的主要目标上密切合作 – 确定卫星在轨道上的位置。安装在卫星上的六个摄像头捕捉地球图像并识别地标。GNC团队通过减慢和控制卫星的旋转速度，确保视觉团队能够进行准确的测量。电流流经卫星中的盘绕电线，将其变成与地球磁场相互作用的磁铁。使用巧妙的算法，GNC可以调整这些线圈中的电流量来控制卫星的旋转。

一旦卫星正确定位以拍摄图像，视觉团队就会使用相机和机器学习来处理最后一步：确定卫星的位置。地球图像通过感兴趣区域 （ROI） 分类器，该分类器可识别这些图像中预定义的感兴趣位置——易于识别的位置，例如内陆湖泊。然后，该团队使用这些数据来确定卫星的位置和速度。

RI的硕士生张昊辰（Haochen Zhang）是视觉团队的一员。她解释说，这是她上的第一门课，全班同学从头到尾都在做一个项目。

“我开始做一些我感兴趣的事情，愿景，我必须体验和学习其他人的专长，同时看着这个任务走到一起，”张说。

演示日结束后，大家聚在一起合影留念，围着一张放着卫星的桌子。露西亚和曼彻斯特说，他们打算继续上这门课。下一个产品的任务概念将使用由CMU衍生公司Efficient Computer开发的处理器，该公司由Lucia共同创立，旨在开发芯片，为卫星提供以前所未有的效率对传感器数据进行机载计算的能力。