信息时代微纳卫星的挑战

信息时代的来临以及全球经济一体化对我国空间技术的快速发展提出了更高的要求，大力推进微纳卫星，特别是纳型／皮型卫星及其应用技术的产业化进程，是信息时代空间技术发展的客观要求，本文介绍了微纳卫星的国内外研究现状，特点，应用及我国发展微纳卫星的对策。     

微纳卫星在卫星导航中的应用探讨

微纳卫星掀起了近年来国际上微小卫星研究的又一热潮。本文试图探讨微纳卫星在卫星导航领域中的应用。首先综述了国内外微纳卫星的发展现状,分析了微纳卫星的特点及其用于卫星导航的可行性,在此基础上设计了微纳卫星用于卫星导航的三大应用模式,分别是：区域增强、导航对抗、电离层观测与试验。     

微纳卫星导航通信一体化系统设计与实现

为了提高微纳卫星资源利用率,考虑体积、质量及功耗等多方面限制和要求,提出一种适用于微纳卫星的导航通信一体化系统实现方案,将卫星遥测遥控、数据传输、导航定位等功能进行融合设计,给出该系统设计方法,并详细阐述硬件平台、软件架构、数据协议的实现方法。最后提出采用FPGA、ASIC等集成电路技术的产品实现技术途径,实现高集成、小型化、轻量化和低功耗。目前该设计已经成功应用于多个卫星型号,最长在轨工作时间超过两年,至今状态良好,可以推广至其他微纳卫星应用。     

基于SEM的压电式微纳操纵系统

微纳操纵系统是当前先进制造技术领域的一个重要发展方向.为了实现在亚微米及纳米尺度下进行实时观测下的操纵,设计了一种基于扫描电镜(SEM)的压电式微纳操纵系统,本系统由数字式环境扫描电子显微镜系统、精密工件台、微纳操作机构、图形发生器和计算机系统组成,采用数字式环境扫描电子显微镜作为微纳操作的观测器,在SEM的样本室内安装微纳操作臂,计算机系统控制微纳操作臂,使其在SEM的实时观测下对放置在精密工件台上的样本进行操纵,并且还可利用图形发生器进行电子束曝光以制备微纳结构.实验证明,本系统不仅能适于在各种环境下进行微纳操纵,且还可制作微纳结构,具有很强的实用性.     

用于微型卫星的空间遥感全景成像系统

近些年来,许多微米（质量在10-100kg范围内）和纳米（质量在1－10kg范围内）发射卫星的成功开发、研制和发射都证实了微纳卫星技术的发展。近来,该技术相对于过去几十年有了很大进步,这些卫星也逐渐更多地应用到太空发射,例如空间科学、地球观测、飞行构造和空间监测等科学领域,这些领域的应用也对微／纳卫星的大小、质量、能耗量及生产成本提出了很高的要求。因此,目前的研究都致力于专用的集成硬件的发展。在空间卫星的硬件中,空间光学成像有效载荷和微型姿态传感器的发展在空间监测和空间科学应用中有着极为重要的作用。 本文给出了用于记录卫星周围宽广范围像的全景成像镜头模块的发展,光学模块的一个最关键的要求就是它能够覆盖宽视场,并能够分辨真伪,为星象跟踪仪、地平仪和相关追踪设施提供信息。光学模型必须能够为卫星提供一切有用的遥感信息。本文提出的模型的关键技术包括空间遥感成像系统,该空间遥感系统将与光学成像集成得到一个紧凑、低功耗的装置,一起用于微／纳卫星的卫星监测系统与姿态控制系统。     

基于软件定义的微纳卫星综合电子设计与实现

为了提高微纳卫星资源利用率,综合考虑体积、质量及功耗等多方面限制和要求,提出一种基于软件定义的高功能密度微纳卫星综合电子系统实现方案。用软件技术提升微纳卫星综合电子系统可靠度和系统指标,拓展在轨应用,实现"一卫星多任务"新型任务模式,同时充分发挥微纳卫星"小、快、好、省"的优势。该系统采用标准化可扩展体系架构,将通信、导航、能源、控制、载荷管理等功能解耦并融合,详细阐述了通用化硬件平台、面向多任务的软件系统架构、综合电子系统重构方法,最后形成原理样机。原理样机重量为约1.3 kg,功耗约为14 W,系统处理能力大于200 MIPS,模块间通信速率大于6.25 Gb/s,可以推广至各类型微纳卫星应用。     

微纳卫星组网星间链路设计及关键技术分析

微纳卫星组网应用可大幅度提高航天装备的能力,较单颗大卫星具有明显的优势。首先,介绍了国内外微纳卫星组网的研究情况,以组网侦察应用为例分析了星间测量与通信链路的技术需求,并进行了系统架构和体制设计;其次,在星座设计基础上开展系统仿真,并提出了一体化设备实现方案;最后,分析了微纳卫星组网系统中几项重要的关键技术及其解决方案,对系统的设计和工程实现具有参考价值。     

MEMS技术及其在军事中的应用

微电子机械系统(MEMS)是多种学科的交叉融合,应用领域极为广泛。文章主要阐述了MEMS的设计、加工、封装与测试等技术及其在微/纳卫星、微型飞行器、微型机器人和纳米科技战士等方面的军事应用。     

微纳定位/进给技术研究现状

微纳定位/进给技术是微纳科学技术、微电子工程、航空航天等领域的关键基础技术。它同时也是微纳科学技术走向产业化的前提。本文就当前几种典型的微纳定位/进给技术做一个总结,分析了各种定位/进给机构的定位/进给原理和具体结构,指出了存在的问题和可能的解决方法。     

光纤布拉格光栅折射率传感研究进展

在介绍短周期光纤光栅(FBG)和微纳光纤布拉格光栅(MNFBG)折射率传感原理的基础上,围绕如何提高FBG折射率传感灵敏度,详细论述了腐蚀法和抛磨法两种折射率传感技术方案的研究进展,对比分析了两种方案的优缺点。同时综述了微纳光纤和微纳光纤光栅应用于折射率传感的研究现状,指出了目前研究所面临的技术难题与解决方案,展望了FBG折射率传感技术的发展趋势,可为进一步开展基于光纤光栅器件的折射率传感研究提供参考。     

操纵微小世界的工具——微/纳米镊的研究与应用

在许多领域内,对微小物体的操纵一直都是极富挑战性的课题。这类技术以其在对微/纳米器件或生物学对象进行操作、加工、表征、装配及测试中的关键作用,正成为微/纳米技术尤其是微自动化领域中的一个极为重要的研究方向。本文归纳和总结了微/纳米操作技术方面的最新研究进展,并按照各种微/纳米镊的工作原理进行分类,分别对基于机械、水力学、电、磁、声、光、热以及这些效应的组合发展起来的微/纳米操作技术进行了评述,特别介绍了其中的一些典型应用。可以看到,微/纳米镊技术的发展,将给微小世界的研究和应用增添更多强有力的工具。     

硅基集成光电子器件的新进展

综述了硅基微纳激光器、调制器、探测器及光传输控制器件的最新研究进展.重点阐述了表面等离子体、量子阱、光子晶体及纳米光栅等新型结构在提高器件综合性能和降低器件尺寸方面的重大作用.同时,还展示了用标准互补金属氧化物半导体(CMOS)技术,实现硅基光子器件和电子器件在同一基片上微纳集成的巨大前景.     

微纳米分子系统研究领域的最新进展——IEEE NEMS 2014国际会议综述

2014年4月13日至16日,第9届IEEE国际纳米／微米工程及分子系统大会（IEEE—NEMS2014）在美国夏威夷召开,来自世界各地的300多位专家、学者齐聚一堂,分享其在徽纳米科技领域的最新研究成果。本文从生物医疗应用、纳米自组装技术、纳米新材料、新型微传感器与执行器等4个角度,详细介绍和阐述本次会议上涌现的徽纳米科技领域的研究成果,并对其将在人类生产生活中所起到的重要作用和发展趋势进行分析和展望。     

纳米岛光刻技术及其应用

介绍了一种基于微加工技术的新方法——纳米岛光刻技术。利用该技术制造出几十纳米到微米尺度的岛结构，然后利用剥离、刻蚀等微加工技术，将该岛转化成纳米孔、纳米岛、纳米井等结构。该技术的特点是能够制造出具有各种密度的纳米结构(最高覆盖率可达50％以上)，且开发成本低，工艺性能优越，是一种有效制造纳米岛结构的专业方法。     

微器件的热学加工技术研究与应用

归纳和总结了微系统热学加工技术方面的最新研究进展,着重讨论从材料的热学性质出 :发,实现微 /纳电子机械系统元件制造的若干新颖、低成本的方法,并特别介绍其中一些典型应用情况。通过分析表明,随着对微加工过程中一些关键热学机理的深入研究,许多现有技术瓶颈和界限均可望被逐步打破,从而促成更有效的微加工技术的建立。     

新型多芯光纤的模场特性分析

为了实现高功率、高亮度的光纤激光输出,研究了新型多芯光纤组束技术,基于大模场倏逝波,采用时域有限差分数值模拟方法,对多芯光纤(包含多根微纳纤芯或包含多根微纳芯和大芯径纤芯)的模场特性进行了数值仿真和理论分析。结果表明,以一定方式排列的微纳光纤束阵列中多根微纳纤芯可以很好耦合;当多根微纳芯和大芯径纤芯组束时,微纳纤芯能够有效地平坦模场。这一结果对于高功率光纤激光器和放大器的进一步发展很有帮助。     

石墨烯微纳结构加工技术的研究进展

简单介绍了石墨烯独特的光电子性质,说明实现其在光电子器件中应用的有效方法是进行微纳加工。接下来对主要的石墨烯微纳加工技术——掩膜光刻、转移压印以及激光直写和干涉进行详细阐述,通过实例对每种加工技术的关键步骤和特点进行说明,并分析比较了不同加工技术的优缺点。然后对近期出现的转移压印辅助光刻和飞秒直写辅助转移压印技术的加工流程进行详细介绍,阐述将两种加工技术相结合应用于石墨烯微纳结构加工的优势。最后,简单展望了石墨烯微纳加工未来的发展趋势,指出需进一步研究的问题,对如何更好地实现石墨烯微纳结构的加工提出一些建议。     

微纳米分子系统研究领域的最新进展——IEEE NEMS 2021国际会议综述

2021年4月25~29日,由厦门大学、北京大学、电子科技大学联合举办的第十六届IEEE国际纳米/微米工程及分子系统大会(IEEE-NEMS 2021)于福建厦门顺利召开,共有来自全球各地的500多名微纳米科技领域专家学者与会分享最新研究成果。本文从纳米生物技术与纳米医学、微纳米传感器/驱动器和系统、纳米材料、微纳米与分子制造等4个角度介绍本次大会所展现的最新成果,并总结展望未来微纳米技术的发展趋势。