美國(guó)的多數(shù)業(yè)余衛(wèi)星都會(huì)用OSCAR來(lái)進(jìn)行命名，OSCAR是Orbiting Satellite Carrying Amateur Radio的縮寫(xiě)，意思是攜帶業(yè)余無(wú)線電設(shè)備的在軌衛(wèi)星。衛(wèi)星名稱和編號(hào)由美國(guó)業(yè)余無(wú)線電衛(wèi)星組織（AMSAT）進(jìn)行分配，該組織致力于業(yè)余衛(wèi)星的設(shè)計(jì)、建造、測(cè)試、發(fā)射和通聯(lián)。這些業(yè)余衛(wèi)星可以由獲得許可的業(yè)余無(wú)線電運(yùn)營(yíng)商免費(fèi)用于語(yǔ)音（FM，SSB）和數(shù)據(jù)（AX.25，分組無(wú)線電，APRS）通信。
業(yè)余無(wú)線電衛(wèi)星幫助推進(jìn)了衛(wèi)星通信科學(xué)。所做的貢獻(xiàn)包括第一個(gè)衛(wèi)星語(yǔ)音應(yīng)答器（搭載在OSCAR-3）的發(fā)布以及高度先進(jìn)的數(shù)字“存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)”消息收發(fā)應(yīng)答器技術(shù)的開(kāi)發(fā)等。
自1961年12月12日由加利福尼亞州隆波克范登堡空軍基地的Thor-DM21 Agena B發(fā)射器發(fā)射了第一顆業(yè)余衛(wèi)星OSCAR-1以來(lái)，美國(guó)的業(yè)余衛(wèi)星可分為兩個(gè)系列，第一個(gè)系列是AMSAT-OSCAR，第二個(gè)系列是NAVY-OSCAR。
表1 目前美國(guó)的在軌在用業(yè)余衛(wèi)星
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衛(wèi)星名稱
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狀態(tài)
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發(fā)射日期
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AMSAT-OSCAR 7
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半運(yùn)行
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1974/11/15
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AMSAT-OSCAR 16
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半運(yùn)行
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1990/1/22
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OSCAR 33
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半運(yùn)行
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1998/10/24
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Navy-OSCAR 44
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半運(yùn)行
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2001/9/30
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GeneSat-1
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在運(yùn)行
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2006/12/16
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CAPE 2
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在運(yùn)行
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2013/11/20
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OSCAR 76
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在運(yùn)行
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2013/11/21
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OSCAR 83
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在運(yùn)行
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2015/5/20
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OSCAR 84
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在運(yùn)行
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2015/5/20
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AMSAT-OSCAR 85
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在運(yùn)行
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2015/10/8
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AMSAT-OSCAR 91
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在運(yùn)行
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2017/11/18
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AMSAT-OSCAR 92
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在運(yùn)行
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2017/1/12
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AMSAT-OSCAR 95
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在運(yùn)行
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2018/12/3
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Navy-OSCAR 103
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在運(yùn)行
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2019/6/25
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Navy-OSCAR 104
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在運(yùn)行
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2019/6/25
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第一顆業(yè)余無(wú)線電衛(wèi)星OSCAR-1只有4.5公斤重（30 x 25 x 12cm）。1961年底，作為Corona 9029（也稱為Discoverer 36）的第二個(gè)有效載荷發(fā)射，這是KH-3系列衛(wèi)星的第八次也是最后一次發(fā)射。
OSCAR-1有一個(gè)由電池供電的140 mW發(fā)射機(jī)，工作在144.983 MHz頻點(diǎn)，采用了從凸面中心延伸60厘米長(zhǎng)的單極發(fā)射天線，但沒(méi)有姿態(tài)控制系統(tǒng)。像人類歷史上的第一顆人造衛(wèi)星Sputnik-1一樣，OSCAR-1只攜帶了一個(gè)簡(jiǎn)單的小信標(biāo)發(fā)射器，可以被地面站用來(lái)測(cè)量無(wú)線電在電離層中的傳播，這個(gè)信標(biāo)還傳送了包含衛(wèi)星內(nèi)部溫度的遙測(cè)信息。
OSCAR-1在軌道上運(yùn)行的22天，發(fā)送了摩爾斯電碼消息“HI”。OSCAR-1發(fā)射后，美國(guó)副總統(tǒng)林登·約翰遜（Lyndon B. Johnson）隨即以祝賀電報(bào)的形式向贊助業(yè)余無(wú)線電史上這一重大活動(dòng)的小組致以敬意。
OSCAR-1的原始數(shù)據(jù)備份已恢復(fù)，并且可以完全使用交流電源供電。目前OSCAR-1在康涅狄格州紐頓市的ARRL總部展出，并可以繼續(xù)在145 MHz頻段發(fā)出摩爾斯電碼的“HI”。
圖1 第一顆業(yè)余無(wú)線電衛(wèi)星OSCAR-1
1.AMSAT-OSCAR系列介紹
AMSAT是一個(gè)由業(yè)余無(wú)線電運(yùn)營(yíng)商（HAMS）組成的全球性組織，成立四十多年以來(lái)，AMSAT主要利用志愿者提供的服務(wù)和捐贈(zèng)的資源進(jìn)行衛(wèi)星設(shè)計(jì)，建造，并在政府和商業(yè)機(jī)構(gòu)的協(xié)助下，將衛(wèi)星發(fā)射升空。截至目前，AMSAT已成功地將60多枚業(yè)余無(wú)線電衛(wèi)星發(fā)射到了地球軌道上。
AMSAT成立于1969年，是美國(guó)哥倫比亞特區(qū)特許的非營(yíng)利性教育組織。其目的是促進(jìn)業(yè)余廣播電臺(tái)參與太空研究和交流。這個(gè)組織由3000名成員組成。在美國(guó)AMSAT成立之后，全世界各地其它地區(qū)的團(tuán)體也開(kāi)始相繼成立，并同時(shí)也在使用AMSAT這個(gè)縮寫(xiě)。盡管各個(gè)小組之間的隸屬關(guān)系不是正式的，但組織之間會(huì)非常緊密地進(jìn)行合作。
接下來(lái)我們會(huì)在AMSAT-OSCAR系列中選取幾個(gè)較為有代表性的衛(wèi)星進(jìn)行介紹。
（1）AMSAT-OSCAR-7
OSCAR-7，也就是AO-7，于1974年11月15日發(fā)射到低地球軌道，一直運(yùn)行到1981年電池故障。然后經(jīng)過(guò)21年的沉默，在發(fā)射27年后的2002年6月21日再次聽(tīng)到了該衛(wèi)星的聲音，但是衛(wèi)星的控制系統(tǒng)已經(jīng)不能工作了。盡管不受地面控制，AO-7依然能在有光照的大部分時(shí)間里通聯(lián)。
圖2 有47年歷史的在軌業(yè)余無(wú)線電衛(wèi)星AO-7
衛(wèi)星帶有兩個(gè)通信中繼器，同時(shí)只能有一個(gè)處于工作狀態(tài)。第一個(gè)是OSCAR 6任務(wù)中使用的高功率（2W）版本。該同相轉(zhuǎn)發(fā)器接收145.85 MHz和145.95 MHz之間的上行鏈路信號(hào)，并在下行鏈路上29.4MHz和29.5 MHz之間重新發(fā)送它們。200mW遙測(cè)信標(biāo)提供29.502 MHz的遙測(cè)數(shù)據(jù)。對(duì)于1 W的輸出，在中繼器輸入端子處大約需要-100 dBm。這對(duì)應(yīng)于90 W地面的EIRP，到衛(wèi)星的距離為2,000英里，極化失配為3 dB。
第二個(gè)中繼器是由AMSAT的子公司AMSAT Deutschland e.V.在西德的馬爾巴赫建造的，它是帶寬為40 kHz的反相線性中繼器。它采用了采用包絡(luò)消除和恢復(fù)技術(shù)的8瓦PEP功率放大器，可在寬動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)以高效率保持線性工作。該轉(zhuǎn)發(fā)器的上行鏈路從432.125 MHz到432.175 MHz，下行鏈路從145.975 MHz到145.925 MHz。由于上行鏈路頻段與無(wú)線電定位服務(wù)共享，因此在轉(zhuǎn)發(fā)器中并入了實(shí)驗(yàn)性脈沖抑制電路，以減少上行鏈路中寬帶脈沖雷達(dá)干擾的影響。
（2）AMSAT-OSCAR-85
AO-85（以前稱為Fox-1A）是AMSAT的Fox-1系列1U立方體衛(wèi)星中的第一個(gè)。作為ELaNa XII的一部分，AO-85在加利福尼亞州范登堡發(fā)射的NROL 55 Atlas 5上發(fā)射，它的傾角大約為65度，在518x810 km的軌道上有遠(yuǎn)地點(diǎn)在北半球。
圖3 AO-85衛(wèi)星工程原型
AO-85帶有一個(gè)工作頻率高達(dá)800mw的U/V FM中繼器。上行鏈路計(jì)劃為435.180 MHz，但初步報(bào)告表明，由于無(wú)法預(yù)料的溫度差異，上行鏈路可能接近435.172 MHz。中繼器的訪問(wèn)要求衛(wèi)星接收67.0 Hz的PL音調(diào)持續(xù)2秒鐘。如果衛(wèi)星未接收到攜帶67.0 Hz PL音調(diào)的信號(hào)，則轉(zhuǎn)發(fā)器將在一分鐘后關(guān)閉。當(dāng)中繼器未通過(guò)攜帶PL音調(diào)的信號(hào)激活時(shí)，語(yǔ)音信標(biāo)每?jī)煞昼姲l(fā)送一次。下行鏈路為145.980 MHz，包括與中繼器同時(shí)進(jìn)行的語(yǔ)音數(shù)據(jù)（DUV）FSK遙測(cè)。9600 bps的高速數(shù)據(jù)下行鏈路可用于實(shí)驗(yàn)和高分辨率數(shù)據(jù)。
除了業(yè)余操作外，航天器上會(huì)開(kāi)展一些科學(xué)實(shí)驗(yàn)。例如范德比爾特大學(xué)的低能質(zhì)子輻射實(shí)驗(yàn)，賓夕法尼亞州立大學(xué)的陀螺儀實(shí)驗(yàn)。
（3）AMSAT-OSCAR91
AO-91是AMSAT與范德比爾特大學(xué)ISDE合作建造的，擁有四個(gè)有效載荷，用于研究輻射對(duì)現(xiàn)成組件的輻射影響。該衛(wèi)星于2017年11月18日發(fā)射，是ELaNa XIV任務(wù)的一部分，是運(yùn)載聯(lián)合極地衛(wèi)星系統(tǒng)（JPSS-1）衛(wèi)星進(jìn)入軌道的Delta II火箭的第二個(gè)有效載荷。
圖4 AO-91衛(wèi)星工程原型
AO-91還具有Fox-1型FM U / v中繼器，其上行鏈路為435.250 MHz（67.0 Hz CTCSS），下行鏈路為145.960 MHz。衛(wèi)星和實(shí)驗(yàn)遙測(cè)通過(guò)“DUV”亞音頻遙測(cè)流進(jìn)行下行鏈路傳輸，并且可以使用FoxTelem軟件進(jìn)行解碼。
2.NAVY-OSCAR系列介紹
美國(guó)海軍學(xué)院成立于1845年10月10日，在前美國(guó)海軍部長(zhǎng)喬治·班克羅夫特的領(lǐng)導(dǎo)下，是美國(guó)五所軍校中校齡第二長(zhǎng)的，其畢業(yè)生主要加入美國(guó)海軍和美國(guó)海軍陸戰(zhàn)隊(duì)。校園面積137公頃，位于安妮阿倫德?tīng)柨h的塞文河和切塞皮克灣交匯處。NAVY系列衛(wèi)星主要就是美國(guó)海軍學(xué)院在發(fā)射和操作。
（1）NAVY-OSCAR-44
OSCAR-44（也稱為Navy-OSCAR 44，或者 NO-44）是由美國(guó)海軍學(xué)院制造的一顆業(yè)余衛(wèi)星。該衛(wèi)星由阿拉斯加的科迪亞克發(fā)射場(chǎng)于2001年9月30日發(fā)射的，使用的是Athena 1火箭，同時(shí)還有三顆衛(wèi)星被送入了地球軌道，分別是Starshine 3，PICOSat和SAPPHIRE衛(wèi)星。
圖5 NO-44衛(wèi)星工程原型
OSCAR 44在2米波段有一個(gè)用于APRS的數(shù)字中繼器，上下行鏈路為145.825 MHz(FM FSK, AX.25, 1k2 and 9k6)，衛(wèi)星通常在負(fù)功率平衡下工作。
OSCAR 44存在嚴(yán)重的電池問(wèn)題，每年需要將其電池進(jìn)行三次重置。NO-44曾于2003年4月26日宣告結(jié)束，并于7月17日死亡。但同年9月又神奇地重新恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)。自從2003年以來(lái)，已經(jīng)進(jìn)行了許多嘗試來(lái)恢復(fù)該衛(wèi)星，但是始終未能將其完全恢復(fù)。NO-44在有利日曬的條件下（通常在正午時(shí)分）會(huì)保持活躍約30-45分鐘時(shí)，隨后隨著功率下降，又會(huì)停止工作。
（2）NAVY-OSCAR-104
PSat-2是美國(guó)海軍學(xué)院的實(shí)驗(yàn)性業(yè)余無(wú)線電衛(wèi)星，是與捷克共和國(guó)布爾諾技術(shù)大學(xué)合作開(kāi)發(fā)的。AMSAT北美的OSCAR號(hào)碼管理員為該衛(wèi)星分配了號(hào)碼104；因此，在業(yè)余無(wú)線電社區(qū)中，它也被稱為Navy-OSCAR 104，簡(jiǎn)稱NO-104。
圖6 NO-104衛(wèi)星工程原型
PSat-2（ParkinsonSAT）是一個(gè)學(xué)生衛(wèi)星項(xiàng)目，它使用雙向通信應(yīng)答器，用于通過(guò)Internet連接的志愿地面站的全球網(wǎng)絡(luò)將來(lái)自遠(yuǎn)程環(huán)境實(shí)驗(yàn)或其他數(shù)據(jù)源的遙測(cè)、傳感器和用戶數(shù)據(jù)中繼回實(shí)驗(yàn)者。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器還包括完整的立方體衛(wèi)星的所有遙測(cè)，命令和控制。