作者:何静 来源:中国科学报 发布时间:2020/4/26 11:23:19
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微纳卫星精品平台开启“小卫星”批量化生产之门

 

 “向日葵一号S1星”模型

4月24日,“中国航天日”,记者走进中国科学院微小卫星创新研究院(简称“卫星创新研究院”),实地探访了国内首个微纳卫星批量化生产制造精品平台,揭开了商用“微纳卫星”的神秘面纱。

卫星创新研究院的一楼展厅,一颗拥有两片深蓝色“翅膀”,主体呈金黄色的卫星模型,挺立在“承国家之志、铸时代新星”的背景板前,在深蓝色的穹顶映衬下,熠熠发光。卫星创新研究院微纳卫星研究所副所长张科科告诉《中国科学报》记者,它是卫星创新研究院研发的首颗民用商业微纳卫星“向日葵一号S1星”的模型。

微纳卫星有多小?

随着高新技术的发展和需求的推动,航天器微小化的发展已经成为趋势。微纳卫星以重量体积小、功能密度高、开发周期短、能以更低的成本完成很多复杂空间任务的优势,在科研、国防、民用商业等领域发挥了越来越重要的作用。

和动辄上千公斤的大卫星相比,微纳卫星的身形真的是轻盈多了。张科科说:“向日葵一号S1星”的重量约为100公斤,它的主体和家用饮水机差不多大小,可是,在微纳卫星家族里,它的个头不算小。”

微纳卫星家族包括微卫星和纳卫星。就重量而言,微卫星的重量从10公斤到100公斤不等,纳卫星则从1公斤到10公斤不等,统称为“微纳卫星”。这些都得益于新技术、新器件、新工艺、新材料在航天领域不断地发展和逐步应用。

“小卫星”有“大本领”

微纳卫星虽然体积小,但是本领可不小。“一颗约100公斤的微纳卫星能干以往300到500公斤传统卫星能干的活儿。”张科科介绍说,“中国北斗卫星导航系统(BDS)是全球四大卫星导航系统之一,导航增强型微纳卫星能协助北斗导航系统让用户接收到的导航定位的精度达到厘米级。”

“‘向日葵一号S1星’于2018年9月29日发射升空,星上装载有星间激光通信、数字多波束对地通信和高精度导航定位载荷,采用了模块化设计理念,具有高集成、低成本、功能密度高、实用业务化等特点。至今,它已在轨运行1年半多,超过了原先1年的预期‘寿命’,各项性能指标运行良好。”

“向日葵一号S1星”的学名是“微厘空间一号S1试验卫星”,谈到 “向日葵”这个“昵称”,张科科解释说,“这和它的一项特殊本领有关。卫星在太空里获取能量来源主要是太阳能电池板,而电池板的能源转化效率和太阳照射的角度有关。我们把太阳能帆板安装在二维跟踪转台上,让电池板和‘向日葵’一样,始终能面向太阳,保持近乎90度阳光直射的状态,从而大大提高太阳能利用率,突破了卫星由于身形小能源供给不足的技术瓶颈。”

“‘向日葵一号S1星’还有一个孪生兄弟,‘向日葵一号S2星’,预计今年5月下旬发射”。张科科说:“‘向日葵一号S2星’发射后,兄弟俩能在空中‘握手’,开展星间激光通信、地-星-星-地通信试验,导航增强系统组网技术验证等工作。”张科科透露,它们的升级版弟弟“向日葵一号S3星”,也正在“孕育”中,计划年内发射。

谈到这种微纳卫星的优势,张科科表示:“由于微纳卫星处于低轨组网运行,落地信号强、通信延时短,手持终端也能更加轻巧;相对于地面基站,‘天基’覆盖更广,能不受地理位置、人口分布等影响。尤其是‘厘米级’的精准定位,在未来自动驾驶等应用领域,意义举足轻重。”正因为这些优点,微纳卫星已经逐步被广泛应用于导航增强、对地遥感、物联通信、空间科学试验等诸多领域。

微纳卫星精品平台:让微纳卫星批量化生产成为可能

“向日葵”兄弟仨都诞生于微纳卫星研究所新一代微纳卫星WN100平台,这个平台可以说是微纳卫星“向日葵”兄弟的摇篮。

张科科介绍,新一代微纳卫星WN100平台主要面向导航增强、物联通信、天基网络和组网星座等任务,专门用于研制百公斤级以下的各类空间应用、新技术探索、低成本实用化微纳卫星。平台主要特点包括:高性价比、模块化设计、功能分舱标准接口、标准化综合电子、高精度三轴稳定、电/化学推进模块可选等。由此平台研发的微纳卫星在星间激光通信能力、大功率能源供给能力、精准组网与保持能力、轨道维持与离轨能力等方面具有独特优势。

谈到此平台和以往卫星开发平台的区别,张科科坦言:“以往卫星都是‘度身定制’,而有了这个平台,我们可以通过标准化和模块化的设计理念,用流水线方式进行组装批量生产卫星,能进一步减少研制的成本。在测试方法和管理流程上,我们加入了自动化的设计,能简化和确保卫星的研制更贴近用户的需求。”

“我们的定位是生产中高端、高功能密度、高性价比的微纳卫星”。张科科说,“目前,我们在产品齐套的基础上,生产1颗微纳卫星的组装、集成测试和试验时间是60天左右。将来,我们的目标是1天内能完成1颗微纳卫星的批量化生产”。

未来可期:面向国民经济主战场

在卫星家族里,微纳卫星很年轻,研制团队也是如此。“我们的团队有50来人,平均年龄33岁左右,大家能吃苦,有创造力和凝聚力。即使疫情期间,也不耽误科研任务。4月15日,为了保障科研生产,卫星创新研究院第一批科研人员通过医院核酸检测,飞赴北京开展工作。其中就有10个是我们微纳卫星团队的。”张科科表示。

不过,张科科也提示,“虽然在国内的微纳卫星研制领域,我们在高功能密度、模块化微纳卫星设计研制等方面的能力已经达到国内先进水平,但是和Space X等国际同行相比,在产品化、批量生产等方面我们还属于跟跑阶段。”

“面向国民经济主战场,以用户需求和市场应用为导向,提供国际一流实用化微纳卫星整体解决方案,是我们卫星创新研究院微纳卫星研究所努力的方向。”张科科说。

增强导航信号、提供高精度导航定位服务是“向日葵”三兄弟的“使命”,“向日葵兄弟”的理想是突破高精度、高可靠导航服务能力局限,组建天地一体化导航和通信增强卫星网络系统,以中国卫星导航竞争优势,满足国内需求并惠及“一带一路”国家。

未来任重而道远,但是张科科充满信心。

 
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