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重點提要
■標準化的人造衛星製作技術，已經使太空任務成本更低廉、技術也更容易取得。
■這類總體積1000立方公分、重量一公斤的立方衛星（CubeSat）通常由許多通用的元件組成，可以跟著其他任務的火箭一起升空。
■CubeSat的開發期間可短至一年，還可連接太空感測器網絡，大多數也會在短時間內落回地面，因此不會增加軌道上的太空垃圾。
■各大學、公司、國家，甚至有興趣的個人，都可利用CubeSat執行嚴謹的科學任務，從大氣物理到微重力實驗，都可藉此進行研究。
自從50多年前蘇聯的史波尼克號（Sputnik）揭開人造衛星時代的序幕以來，天空就一直是大型機構的勢力範圍。目前在地球軌道上取得一席之地的幾千枚人造衛星，幾乎都是各國政府和大企業執行大規模計畫的成果。幾十年來，人造衛星一代比一代複雜、昂貴，設計耗時更久，而且還必須有成本高昂的發射裝備、全球監控站、任務執行專家和研究中心做為後盾，才能竟其全功。
不過，電子學、太陽能和其他相關科技近幾年來的進展，讓我們把人造衛星的尺寸大幅縮小了。稱為「立方衛星」（CubeSat）的新型人造衛星不僅可讓小型衛星的設計大幅簡化並標準化，還可將單一人造衛星的開發、升空及運作成本降低到10萬美元以下，與美國航太總署（NASA）或歐洲太空總署（ESA）的典型任務預算相比，只是九牛一毛。
CubeSat的大小和玩具紙盒相仿，而直到最近，大多數科學家也仍認為CubeSat和玩具相差無幾。CubeSat的基本構想是提供人造衛星尺寸和重量的標準規格，再將許多顆人造衛星（分別由不同的科學家、研究生和工程師團隊製作）整合成單一火箭酬載，然後附加在成本高出許多、又有一點多餘空間的其他任務上一起升空。如此一來，火箭升空的高昂費用可以由所有參與的機構共同承擔。另外，CubeSat的設計標準可讓參與機構共用設計特性與技術，以及購買現成的組成元件。
CubeSat概念問世至今，美國、亞洲、歐洲和拉丁美洲的科學家已經成功發射了至少20多枚CubeSat，功能五花八門，從微重力環境下的生物醫學實驗到研究高層大氣都有。CubeSat成本低、開發時程短、使用者遍佈全球，又適合當做教學工具，因此越來越普及，大學研究團隊（成員通常是大學生及研究生）在世界各地迅速增加。CubeSat也使小國家、新創公司，甚至高中研究團隊有機會發展自己的太空計畫。發射成本或許很快就能降低到一萬美元左右，就連沒有接觸過太空科技的人也有機會參與。我們認為，CubeSat將在太空科技領域產生如同30年前蘋果二號在電腦領域發揮的效用：將眾所周知但以往門檻甚高的技術，下放到一般大眾手中。
CubeSat標準化
重量只有數公斤的小型人造衛星，從太空時代一開始就已出現，史波尼克一號的重量僅略多於80公斤。但是隨著火箭推力越來越大，人造衛星也變得更大、更複雜，目前常見的通訊或研究衛星往往重達數公噸。
在此同時，微型人造衛星，也就是重量介於10~100公斤的人造衛星，已經被排擠到太空科學的邊緣，但一直沒有完全消失。舉例來說，大氣科學家使用這類人造衛星探索電離層，也就是地球表面上方80~600公里左右的大氣層，而業餘無線電軌道衛星「奧斯卡」（OSCAR）更從1960年代就開始替「火腿族」（無線電愛好者的暱稱）傳遞訊號。但是直到1980年代，在電子微型化和精密製造技術與微機電系統（例如常見於iPhone和汽車安全氣囊等裝置中的超小型加速度感測器）發展的輔助下，小型人造衛星的潛力才開始發揮出來。
到了1990年代晚期，我們已經有能力製作出僅一公斤、而且實際可用的人造衛星了，它可大幅降低開發和發射費用，同時激勵研發人員探索新的任務設計方式。NASA也在積極鼓勵工程師提出成本更低的太空科學研究方法。
因此，本文作者之一特維格斯（當時任職於美國史丹佛大學太空與系統開發實驗室）和加州州立理工大學教授蘇瓦力（Jordi Puig-Suari）發現，如果要實現小型人造衛星的概念，必須進行一些標準化工作，就像原始碼開放行動一樣，以低廉成本創造出世界級的軟體。因此在2000年，這兩位工程師發表了CubeSat規格。這份10頁的文件確立了幾項簡單的原則：每個單位必須為邊長10公分的正方體（可增減1/10毫米），因此總體積為1000立方公分；重量不可超過一公斤；CubeSat也可製作成長方形，佔用二或三個實體單位的空間，稱為2U或3U CubeSat。
CubeSat以金屬框架保護容納其中的電子裝置、儀器、通訊器材和電力系統等。另外，CubeSat通常會在數個面裝置太陽能板，還會有天線從一端伸出。某些衛星可能不久後就會具備簡單的飛行系統，細小的噴嘴可穩定衛星的姿態，並讓衛星對準所需的方向。
由於採用模組化設計，這種衛星在升空時可裝置在標準框架中，框架每次可容納數枚衛星，就像禮盒裡的糖果一樣，火箭進入軌道之後，就將它們彈射出去。2003年，蘇瓦力發表了這類軌道部署器的設計，它能將CubeSat放置在美國及俄羅斯太空機構發射的火箭內，妥善地升空並佈放。同年，位於舊金山的Pumpkin公司推出第一組CubeSat套件，包含主機板、金屬框架、電池和太陽能板等立即可用的元件，讓幾乎不具太空任務經驗的科學家也能很快展開工作。
CubeSat的內部也跟製作CubeSat的團隊一樣來自四面八方。打開一枚衛星，或許會看到許多航太硬體和現有技術、客製化的科學儀器、取自先前太空任務的硬體、當地電子材料行買來的無線電設備、從個人電腦拆下或在eBay上買來的電腦硬體等。
剛開始，CubeSat社群成員是以彼此的經驗、成功故事和設計技巧為基礎，新成員很快就會發現，CubeSat社群除了酬載之外，什麼都可以共享。開發人員發現有用的點子時（例如某款火腿族無線電設備在太空中的有效距離比另一款來得長），會跟其他CubeSat設計人員分享。
不久之後，我們發現學生也很喜歡CubeSat，而且能從中學到很多。參與傳統航太工程計畫的學生執行的是理論計畫，或設計大系統中的一小部份，這些東西往往要到他們畢業多年後才會進入太空。相反的，CubeSat可以讓學生親身參與，可以由一個團隊在一間房間中合力建造，一、兩年內就能製作出實際可用的人造衛星，非常適合當做論文主題。學生必須自己負責CubeSat計畫，大學部學生也可擔任專案經理和任務專員，可以看到自己的作品進入太空，是激勵大家努力工作的誘因。對於教育工作者而言，CubeSat相當有吸引力，因為它的工程問題和大型衛星相同，可讓學生更深入、更完整地認識人造衛星的設計。
※延伸閱讀：
‧太空梭即將下台 太空事業民營化
【完整內容請見《科學人》2011年第1110期4月號】
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