在航天技术不断进步与小型化趋势日益明显的背景下，小卫星作为一种有效降低空间探索成本、提升任务灵活性的解决方案，受到了全球航天科研机构和企业的广泛关注。然而，小卫星规模小、搭载空间有限，对设备的体积、重量与功耗提出了极高的挑战。在此环境中，兼具双重功能的星敏感器（Star Tracker，简称STR）和空间碎片探测器的结合开发，迎来了技术创新的新机遇。星敏感器作为卫星姿态确定的核心设备，其准确度直接影响卫星的姿态控制和轨道操作；而空间碎片探测器则负责监测轨道环境，保障卫星安全运行。将两者有效融合，不仅节省了系统资源，也增强了小卫星的自我感知能力，提升了任务执行的可靠性。基于这一需求，葡萄牙多家科研机构联合展开了一项创新项目，设计并实现了一款集星敏感和空间碎片探测于一体的微型仪器。
该仪器采用以商用现货（COTS）为基础的组件，结合新航天（New Space）理念，最大限度降低成本和复杂度，同时确保空间环境的适用性和设备性能。双功能仪器的核心在于它集成了高性能CMOS图像传感器和基于ARM Cortex-A8处理器的数据处理单元。CMOS传感器因其体积小、功耗低、辐射抗扰度高且敏感度优异，成为星敏感器中理想的选型。ARM Cortex-A8不仅具备优良的实时处理能力，还拥有经过空间环境验证的可靠性，这为飞行软件算法的实现和图像数据处理提供了强有力的保障。仪器设计的关键环节涵盖光学成像系统的构思、电子架构的合理布局以及软件的深度定制。在光学方面，采用高品质的镜头系统以确保星场及微小轨道碎片的清晰捕获。
电子设计则着重于优化功率管理，通过多路电压监控和稳压模块保证系统的稳定性，同时尽可能降低整体功耗，延长卫星的在轨运行时间。针对软件开发，集成了一套高效的星识别算法Tetra和空间碎片检测算法ASTRiDE，这两者经过多轮室内实验和天文实景测试，验证了在有限计算资源下依然能实现快速且准确的目标识别。尤其是Tetra算法，依靠对星点间距比值的巧妙利用，大幅提升了姿态计算的运算效率和准确性；ASTRiDE则通过边界跟踪和形态学分析方法，有效区分恒星和运动碎片的图像特征，实现动态轨迹的精准检测。全面测试环节包括影像传感器信号完整性验证、功耗测量、热分析以及实际姿态测定实验。通过功耗测试，仪器在视频模式和复杂算法运行下的功率表现均控制在合理范围内，满足小卫星电源系统的承载能力。热模拟采用ESATAN-TMS软件，通过多种极端轨道姿态与太阳照射条件，评估了仪器关键组件的温度分布，确保器件工作在安全热限之内。
实际姿态测试则在暗室搭建了一套利用步进电机驱动的模拟平台，通过捕获星空图像并与虚拟星图比对，验证了星敏感器数据处理的准确性和稳定性。测试结果显示，仪器能够以精确的方位角（RA）及赤纬角（Dec）准确计算卫星姿态，满足小卫星对精细指向控制的需求。此外，结合空间碎片检测功能，提升了小卫星的环境感知能力，增强轨道安全保障的主动性。该仪器的创新意义不仅在于技术的双重集成，更在于以商业标准件构建，实现高成本效益的同时兼具空间适应性。此举为未来多种小卫星任务，如星座部署、近地轨道侦测和空间态势感知，提供了范例和参考。未来的研究方向重点将放在优化算法的实时性能、提高碎片检测的灵敏度和扩展仪器的多模态融合能力。
此外，计划开展在轨试验验证，以充分评估系统在真空间环境下的表现和稳定性。总体来看，双功能星敏感器与空间碎片探测器的微型化设计代表了小卫星技术发展的前沿趋势。它不仅提升了小卫星的自主判断与控制能力，也为空间交通管理和太空环境维护贡献了重要技术力量。伴随全球航天产业的快速扩展，这类创新仪器的推广与应用，将极大推动安全、高效、可持续的空间利用。
