坐落于上海张江海科路的中国科学院微小卫星创新研究院是我国小卫星的摇篮, 更是中国航天领域创新的一张名片.
'我们现在一年可发射15颗到20颗卫星, 迄今创新研究院总共已有22颗卫星成功上天. ' 中科院微小卫星创新研究院副院长, 北斗导航卫星总设计师林宝军向包括第一财经在内的媒体介绍道. 时间倒回至1970年中国第一颗人造地球卫星成功发射, 很长一段时间内造一颗卫星需要几年的时间.
为整星瘦身让小卫星 '跳舞'
走进高13米近2000平方米的总装车间, 科研人员正在忙碌地安装北斗三号组网卫星, 据林宝军介绍, 这两组卫星的组装工作已经基本完成, 下一步还要做真空实验, 力学实验, 模拟太空的真实环境以及火箭发射过程中所经历的环境. 而在不远处, 已有两颗北斗三号卫星放入屏蔽暗室, 等候发射安排.
2015年3月30日, 我国首颗新一代北斗导航卫星发射成功, 北斗卫星首发的背后一大创新, 就是将原来几吨重的整星瘦身到800公斤, 将原本需要20多台计算机控制, 耗时十几分钟的系统, 优化为仅需1台控制, 大大提升了卫星的可靠性, 也可以带更多的载荷产品上天.
据林宝军介绍, 这一瘦身过程, 采用的新技术占比超过70%, 打破了航天领域卫星采用新技术的比例不超过30%这条不成文的规定.
据了解, 北斗三号在性能和系统的可靠性上有了大幅提升, 定位精度达到厘米级, 时间精确度每日误差小于2纳秒. '中国将建成北斗全球系统, 如果建成可以达到米级甚至厘米级的精度, 车辆可以区分, 无人驾驶汽车等应用就都可以实现了. ' 林宝军说.
这一创新同样体现在暗物质卫星 ( '悟空号' ) 上.
在竞标之初, 研究院提出了以载荷为中心的设计理念, 以往我国卫星研发均以平台为中心. '打个比方, 原来以 '车' 为中心, 如果 '货物' 尺寸太大, 或分量太重, 就只能改, 而我们希望根据 '货物' 来做 '车' . ' 暗物质卫星总设计师李华旺比喻道.
这背后不仅仅涉及重量比例的问题, 需要经受力学振动测试, 更是对以往设计理念的颠覆. 最终整颗暗物质卫星重1.8吨, 其中载荷1.4吨, 平台只有450公斤, 节省了几千万元的运载火箭成本. 截至2017年10月7日, '悟空' 已绕地球飞行9680圈, 探测宇宙粒子34亿个.
在研究院, 碳卫星被称为 '会跳舞的卫星' , 原因在于和以往仅用单一姿态探测地球卫星气象不同, 这颗碳卫星可以一会儿对着太阳, 一会儿对着月亮, 一会儿跟踪地面目标, 以多种模式交互观测.
这种观测模式在空间是首例, '就拿耀斑观测模式来说, 卫星飞行时在动, 海面上耀斑也在动, 两者之间的几何关系一直在改变. 这就像人在屋子里行走, 要通过墙上镜子的反射, 始终注视着桌上飘忽的烛火, 难度可想而知. ' 微纳所副所长碳卫星副总设计师张永合说.
最终该技术得以突破并实现应用, 在近日地球观测组织第14届年会上, 中国与会者宣布中国碳卫星数据将正式对外开放共享, 继美国, 日本之后中国成为第三个可以提供碳卫星数据的国家.
人人将拥有一颗小卫星
明星卫星 '墨子' 号如今已经一岁了, 且已经实现了白天远距离量子密钥分发, 隐形传输的实验. 据量子卫星总体主任设计师邓雷透露, 运行一年, 量子卫星实际跟瞄精度比设计目标提高了1.0个量级, 令量子在传输中的衰减锐减, 效率大增.
但在研制量子卫星平台之初, 工作难度远超乎团队的预期. 要把卫星上的两束激光同时对准地面两个相距千公里的天文望远镜光轴, 误差必须控制在3.5微弧度, 这就好比在离地万米的飞机上, 往地面两个储蓄罐的狭缝里扔硬币. 经过技术攻关, 最终达到了2.5微弧度的对准精度, 比设计要求的精度更高.
与以往做卫星往往先拿国外数据作分析, 若国外没有先例, 国内也不敢下决心去做, 林宝军认为当下做研究首先就是要打破这种固步自封的状态.
在研究院的规划里, 爱因斯坦探针卫星和中法天文卫星都将在2020年前后发射, 前者将为时域天文学带来新的突破, 尤其会对爱因斯坦的广义相对论黑洞和引力波两个预言进行论证, 后者将捕捉巨能伽玛暴的来龙去脉.
在微纳卫星研究所副所长, 天宫二号伴星主任设计师曹金看来, 如同智能手机一样, 航天器产品也在逐步变小变轻变得智能, '就像今天每人都有自己的微信一样, 未来或许每人都可能有一颗自己的卫星. '