坐落於上海張江海科路的中國科學院微小衛星創新研究院是我國小衛星的搖籃, 更是中國航天領域創新的一張名片.
'我們現在一年可發射15顆到20顆衛星, 迄今創新研究院總共已有22顆衛星成功上天. ' 中科院微小衛星創新研究院副院長, 北鬥導航衛星總設計師林寶軍向包括第一財經在內的媒體介紹道. 時間倒回至1970年中國第一顆人造地球衛星成功發射, 很長一段時間內造一顆衛星需要幾年的時間.
為整星瘦身讓小衛星 '跳舞'
走進高13米近2000平方米的總裝車間, 科研人員正在忙碌地安裝北鬥三號組網衛星, 據林寶軍介紹, 這兩組衛星的組裝工作已經基本完成, 下一步還要做真空實驗, 力學實驗, 類比太空的真實環境以及火箭發射過程中所經曆的環境. 而在不遠處, 已有兩顆北鬥三號衛星放入屏蔽暗室, 等候發射安排.
2015年3月30日, 我國首顆新一代北鬥導航衛星發射成功, 北鬥衛星首發的背後一大創新, 就是將原來幾噸重的整星瘦身到800公斤, 將原本需要20多台計算機控制, 耗時十幾分鐘的系統, 優化為僅需1台控制, 大大提升了衛星的可靠性, 也可以帶更多的載荷產品上天.
據林寶軍介紹, 這一瘦身過程, 採用的新技術佔比超過70%, 打破了航天領域衛星採用新技術的比例不超過30%這條不成文的規定.
據了解, 北鬥三號在性能和系統的可靠性上有了大幅提升, 定位精度達到厘米級, 時間精確度每日誤差小於2納秒. '中國將建成北鬥全球系統, 如果建成可以達到米級甚至厘米級的精度, 車輛可以區分, 無人駕駛汽車等應用就都可以實現了. ' 林寶軍說.
這一創新同樣體現在暗物質衛星 ( '悟空號' ) 上.
在競標之初, 研究院提出了以載荷為中心的設計理念, 以往我國衛星研發均以平台為中心. '打個比方, 原來以 '車' 為中心, 如果 '貨物' 尺寸太大, 或分量太重, 就只能改, 而我們希望根據 '貨物' 來做 '車' . ' 暗物質衛星總設計師李華旺比喻道.
這背後不僅僅涉及重量比例的問題, 需要經受力學振動測試, 更是對以往設計理念的顛覆. 最終整顆暗物質衛星重1.8噸, 其中載荷1.4噸, 平台只有450公斤, 節省了幾千萬元的運載火箭成本. 截至2017年10月7日, '悟空' 已繞地球飛行9680圈, 探測宇宙粒子34億個.
在研究院, 碳衛星被稱為 '會跳舞的衛星' , 原因在於和以往僅用單一姿態探測地球衛星氣象不同, 這顆碳衛星可以一會兒對著太陽, 一會兒對著月亮, 一會兒跟蹤地面目標, 以多種模式交互觀測.
這種觀測模式在空間是首例, '就拿耀斑觀測模式來說, 衛星飛行時在動, 海面上耀斑也在動, 兩者之間的幾何關係一直在改變. 這就像人在屋子裡行走, 要通過牆上鏡子的反射, 始終注視著桌上飄忽的燭火, 難度可想而知. ' 微納所副所長碳衛星副總設計師張永合說.
最終該技術得以突破並實現應用, 在近日地球觀測組織第14屆年會上, 中國與會者宣布中國碳衛星數據將正式對外開放共用, 繼美國, 日本之後中國成為第三個可以提供碳衛星數據的國家.
人人將擁有一顆小衛星
明星衛星 '墨子' 號如今已經一歲了, 且已經實現了白天遠距離量子密鑰分發, 隱形傳輸的實驗. 據量子衛星總體主任設計師鄧雷透露, 運行一年, 量子衛星實際跟瞄精度比設計目標提高了1.0個量級, 令量子在傳輸中的衰減銳減, 效率大增.
但在研製量子衛星平台之初, 工作難度遠超乎團隊的預期. 要把衛星上的兩束雷射同時對準地面兩個相距千公裡的天文望遠鏡光軸, 誤差必須控制在3.5微弧度, 這就好比在離地萬米的飛機上, 往地面兩個儲蓄罐的狹縫裡扔硬幣. 經過技術攻關, 最終達到了2.5微弧度的對準精度, 比設計要求的精度更高.
與以往做衛星往往先拿國外數據作分析, 若國外沒有先例, 國內也不敢下決心去做, 林寶軍認為當下做研究首先就是要打破這種固步自封的狀態.
在研究院的規劃裡, 愛因斯坦探針衛星和中法天文衛星都將在2020年前後發射, 前者將為時域天文學帶來新的突破, 尤其會對愛因斯坦的廣義相對論黑洞和引力波兩個預言進行論證, 後者將捕捉巨能伽瑪暴的來龍去脈.
在微納衛星研究所副所長, 天宮二號伴星主任設計師曹金看來, 如同智能手機一樣, 航天器產品也在逐步變小變輕變得智能, '就像今天每人都有自己的微信一樣, 未來或許每人都可能有一顆自己的衛星. '