作者:许琦敏 来源:文汇报 发布时间:2023/4/18 8:34:51
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“创新X”系列首发星开创前所未有的“凑”卫星模式,将加快基础研究实现在轨应用——
新技术众筹上天,开启航班式太空验证

 

最近,由上海研制的空间新技术试验卫星“创新X”系列首发星不断传来惊喜:在国际上首次获得宽视场X射线聚焦成像天图、打破人类探测伽马射线暴的亮度纪录、获得我国首幅太阳过渡区图像、国产量子磁力仪首次空间应用并获得全球磁场勘测图……
      
这颗重量只有620公斤的卫星上,搭载了多达15个有效载荷。更值得一提的是,这些载荷来自18家不同科研机构,涉及近10个学科领域,仿佛五湖四海的乘客共同“包机”,去往太空完成各自不同的使命。这些新载荷、新技术由各参与方自主投入,不少是“从0到1”的创新,通过试验星将创新技术快速集成并进行飞行验证,可加快关键核心技术从基础研究到在轨应用的转化。
      
随着航天科技、空间科学的快速发展和未来空间产业的加速布局,科研领域希望上天观测、验证的新技术新想法层出不穷。当通过争取国家项目上天的机会“一票难求”,一种通过“众筹”方式获得太空科学实验和技术验证机会的科研范式正悄然冒头。
      
上天验证需求旺盛机会难求
      
2020年,爱因斯坦探针卫星(EP)总设计师、中国科学院微小卫星创新研究院新技术中心主任张永合冒出了一个有点离经叛道的念头:这颗科学卫星研制难度极高,如果可以将其中一个宽视场X射线相机试验模块先送入太空,将为后续研发提供极大便利。
      
然而,这个想法一提出,就遭到了不小的“质疑”:提前送仪器上天会增加工作量,影响整体进度;这种做法超出既有操作流程,会增加风险;仅为一台设备发颗星不现实……
      
但好处也显而易见:既可验证相关数据,证明技术的可行性,又可获得科学数据,推动在研项目的优化。几经讨论,大家最终决定一试。但摆在面前的最大困难在于,如何找到“同行者”。
      
与此同时,由中科院国家天文台、北京大学、同济大学组成的太阳观测科学团队,正在研发国际上首台基于多层膜窄带滤光技术的46.5纳米极紫外太阳成像仪(SUTRI)。这台仪器可探测50万摄氏度左右的太阳过渡区,科学价值非常高,团队也正苦于没有上天验证的机会。
      
在寻觅“同行者”的过程中,张永合发现,不少实验室、研究机构都遇到了类似的苦恼。近年来,国家加大了对空间领域基础研究、科技创新的投入,但这些创新成果从实验室走向太空,需要经历漫长的过程,最终能获得上天机会的幸运者很少。
      
十几个实验室“凑”一颗卫星上天
      
2021年初,中国科学院“力箭一号”首飞工程立项,“众筹”卫星的计划迎来了转机。基于“共担风险、科学优先”的原则,中科院空天飞行科技中心主任、“力箭一号”运载火箭总设计师杨毅强愿为“众筹”卫星提供一次免票旅行。
      
这一计划获得了中国科学院的支持,院方发文在院内征集“同行者”。很快,项目第一轮“海选”开始,一下子收到了上百份申请,报名之踊跃出乎张永合的意料。他们认真筛选申请,并与入选团队一一接洽。
      
极紫外太阳成像仪、国产量子磁力仪、伽马暴探测载荷(HEBS)等,都来自首批“海选”项目。此后的在轨实验证明,这些原本散落在全国各实验室里的“明珠”,都成了这颗“众筹”卫星上的“主角”。
      
经过一年多遴选,一起搭星上天的十几个“同行者”终于凑齐。由于开创了一种从未有过的“凑”卫星模式,张永合团队将这颗卫星取名为“创新X”系列首发星。
      
“‘创新X’,就是创新交叉、创新无极限之意。”张永合解释,我国空间科学卫星多采用专业卫星的模式,比如太阳探测卫星上所搭载的载荷均与太阳研究相关,而让天文、量子、遥感、在轨制造等不同领域的载荷“搭乘”同一颗卫星,这还是第一次。
      
航班式“中试平台”顺应创新需求
      
2022年7月27日“创新X”首发星升空后,EP试验模块很快就获得了“首光”(first light)并传回数据。EP首席科学家袁为民兴奋地说:“距离梦圆,从来没有如此之近。”
      
此后半年,各种新技术得到验证、科学载荷获得新发现的好消息,不断传回地面。不少科研团队纷纷来向中科院微小卫星创新院打听,“创新X”系列的第二颗星何时启动“众筹”。
      
寿命只有一年半,这颗“凑”成的卫星为何引起这么多的关注?张永合认为,随着我国科技水平的提高、创新能级的提升以及航天技术的发展,这种众筹式、航班式的空间科学实验范式顺应了创新需求。作为一种适应科技发展的新生事物,搭建太空中的“中试平台”也成了众望所归的全新探索。
      
“一种空间科学仪器的研制,过去只能争取纳入专门的卫星项目中,才可能获得上天机会。一旦错过立项,再寻求上天机会就相当困难。”张永合说,这在一定程度上抑制了空间科学相关的创新热情,“如果可以提供比较确定可及的空间验证机会,比如一年有两三个空间科学实验卫星的‘航班’,科学家的创新热情将会被充分激发出来”。
      
首次尝试“众筹”,张永合带领团队特意对卫星平台进行了改造,让相关系统变得更加通用,可以适应不同“乘客”的需求,为新型载荷、新技术产品提供一种宽适应、低成本、可持续的试验平台——这种卫星平台可多次复用利用,也可根据需要进行一些改造,无需像专门的科学卫星那样为载荷特别定制,即使临时调换“乘客”,也能从容应对。
      
投项目VS投机会,一张“星票”创新无限
      
想搭上“众筹”卫星的“航班”,科研团队究竟要出多少钱?张永合粗略计算了一张“星票”的成本:如果由30个研发团队平摊火箭、卫星平台、发射等费用,每个团队大约需支付三四百万元。
      
在张永合看来,空间科学载荷的观测需求包含了看太阳、看宇宙、看地球等不同模式,只要合理规划,每个载荷都可以在卫星上找到合适的“座位”。而有些新技术、新产品的验证实验,往往只持续几天、几个月,只要合理安排位次和时序,也能充分利用一次上天的机会来完成。随着实践经验的积累,单个载荷的上天成本还有望进一步降低。
      
“目前的科研经费大部分投向了科研项目本身,未来可将一部分经费投向创造科研的机会。”张永合说,如果一颗卫星可以提供二三十个上天的机会,每年有两到三个固定“航班”,科学家可以像申请大科学装置的机时一样申请太空实验的机会,这将大大激发我国空间科学的创造力。

 
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