作者:江庆龄 来源:中国科学报 发布时间:2024/2/22 14:56:42
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乘大巴跨越3000公里,他们开启众筹卫星新范式

 

2022年5月,中国科学院微小卫星创新研究院(以下简称“卫星创新院”)空间新技术试验卫星研制团队的17名队员从大巴车上下来,经历了连续46小时的颠簸后,每个人的腿都肿得不像自己的。

但大家没时间休息,马上开始了在酒泉的工作,为“创新X”系列科学试验卫星的首发星——空间新技术试验卫星发射做准备。2022年7月27日,卫星搭载“力箭一号”顺利进入太空。

如今距离发射已过去一年半,这颗外形酷似蜻蜓的卫星,仍在不断工作,持续产出科学数据,团队的骨干们已忙碌于新的任务。回忆起研制这颗卫星时的点滴,大家印象最深的,是齐心攻关的昂扬状态。

今年初,得知被评选为2023年中国科学院年度团队,他们表示,这不仅仅属于空间新技术试验卫星研制团队,更是属于这个项目中的所有单位。大家仍在努力,希望通过进一步降低平台和发射成本,让科学家有更多申请太空实验的机会,促进我国基础研究的发展。

中国科学院微小卫星创新研究院空间新技术试验卫星研制团队。本文图片提供:中国科学院微小卫星创新研究院


“新”卫星和“新”团队

2021年初,中国科学院“力箭一号”运载火箭首飞工程立项,基于“共担风险、科学优先”的原则,空间新技术试验卫星获得了一个搭载上天的机会。

卫星创新院科学卫星总体研究所所长、工程副总师张永合介绍,“创新X”意味着创新交叉、创新无极限,从项目遴选、构型设计到人员配置,创新体现在每一个环节。

这是一种全新的“众筹”模式,由各参与方自主投入,多个不同类型的载荷“凑”在一颗卫星上进入太空,以获得太空科学实验和技术验证的机会。

空间新技术试验卫星很快立项,在中国科学院的支持下,收到了上百份申请,经过认真筛选,确定将有19套载荷搭载这颗卫星。“我们遴选的新载荷、新技术产品,大部分都是在航天领域就差‘临门一脚’的基础研究和新技术。”

团队随之组建,由卫星创新院研究员张晓峰担任总师,骨干力量多是“85后”“90后”,人数最多的时候,也不到20人,其中有一半成员是第一次独立承担项目。

为了确保项目顺利推进,团队采用“双责任制”,每个分系统由一位有经验的“师父”担任主任设计师,负责技术和质量的把关,再由年轻的“徒弟”主导方案设计和项目的推进。

刘瑞和李天童是非常有代表性的一个组合,两人同属于结构分系统,分别担任主任设计师和主管设计师。刘瑞将这项工作形容为“命题作文”,面临的最大挑战是如何将所有载荷都摆放在1立方米的空间上。

两人在一个月的时间里,反复尝试、调整,设计了上百个放置载荷的版本,其中有一台全铝自由曲面相机,始终找不到合适的位置。有一天他们突发奇想,把相机通过支架挂在了卫星的侧面,发现能够很好地解决散热面的问题,同时把珍贵的顶部资源释放了出来。

就是在这样的不断尝试和灵感加持下,项目稳步推进,团队中的年轻人也和这颗“新”星一起,快速成长。

受当时疫情影响,很多载荷单位无法现场开展试验工作,总体主任设计师毕幸子和两位队员一起,完成了几乎所有载荷的测试;合作团队进不了现场,基于装配说明书和远程指导,李天童完成了帆板的安装;被封控在家,热控主任设计师刘鎏随时在线,保障对包括这颗卫星在内的多个任务的远程测试……项目结束时,团队里的“90”后们,都已成长为可以独当一面的多面手。

把五年压缩到一年半

空间新技术试验卫星的重量为620公斤,对于这种体量的卫星,一般需要3~5年的研制时间。然而,“力箭一号”原计划于2021年年底发射,意味着从项目立项到发射,团队只有不到一年时间——最后变为一年半。

这也是一个由卫星创新院自筹经费的项目,时间紧、任务重、经费紧张、人员有限,是摆在团队面前的现实状况。

为了节省时间以及降低成本,张永合一开始就定下了“一步正样”的计划,即从设计、生产测试、试验,再到最后飞上太空的,都是同一个卫星。此外,团队进行了很多大胆的尝试:把原来型号剩下的鉴定件进行评估后再利用、复制已有的设计方案和接口、借用其他团队的星载计算机做提前的测试和准备……

除了团队本身,还需要协调所有载荷单位的进度。每一个载荷对应着至少一家单位,而其中很多都是航天领域的“新兵”。

卫星研制团队同载荷单位保持密切沟通,提前制定了相关的规范、格式约定和验证要求,并分发给他们,同时进行了多次线上辅导,帮助解决相关工程问题。

与此同时,载荷的数量也在反复变动,一度从19个增加到22个,最后有16个跟随卫星进入太空——一方面,有新的载荷想要加入,另一方面,有载荷因为进度跟不上而不得不中途退出。

为此,团队针对性地对卫星进行了设计:提供丰富的接口,能够满足不同载荷的机械接口、电接口及观测需求;设置完善的故障隔离,确保个别载荷的故障不会影响整体。

在这些创新方法的加持下,卫星按时交付完成。张永合表示:“我们创造了很多方法,按照航天的方式去制定计划流程,每一步都很清楚。”

乘坐大巴车跨越3000公里

2022年1月31日,春节前的最后一天,团队顺利完成了热实验的最后一个测试,成员们得以在春节期间稍事休息。

4月底,卫星具备出厂条件,将卫星顺利运往酒泉则是新的问题——在上海疫情防控的特殊背景下,卫星的发射试验队员进入基地需提前完成14天的隔离。为保障卫星运到发射场后有人接应,团队决定采取人星分离、三线保障的措施,将人员分为“接卫星”“送卫星”“运卫星”三批,通过公路前往酒泉。

最终,历时74小时、经过17次检查、跨越3000公里,卫星终于从上海顺利运输至酒泉卫星发射中心,顺利完成卸车工作,并转运至厂房。而由张晓峰带队的17名队员,一同乘坐大巴车前往,一路在车上吃住,颠簸46个小时后抵达酒泉。

“一开始的通知是中途不能停车,特地提醒大家备上纸尿裤。我还担心会有队员不愿意去,结果点到的所有人都是立马答应了。”张晓峰告诉《中国科学报》。

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中国科学院微小卫星创新研究院空间新技术试验卫星研制团队。

在发射场,团队创下了另一个记录——停留时间最长、留下人数最少。火箭原本预计5月发射,后来推迟到7月底,团队在酒泉停留了3个月时间。发射场的人来来走走,最后只剩下7个人,分别负责4个不同的阵地,毕幸子更是单独负责一个阵地的观测。

一级点火、二级点火、三级点火、卫星释放、帆板展开……7个人紧绷的神经终于松下,卫星的任务正式开启。

而团队没有时间庆祝,做卫星飞控、去为另一颗卫星的发射做准备……大家随即奔赴各自的下一个任务。

担当比能力更重要

空间新技术试验卫星发射以来,“全球首张宽视场X射线聚焦成像天图”“我国首幅太阳过渡区图像”“国际迄今最亮伽马暴”“国产量子磁力仪首次全球磁场勘测”……好消息不断传出,目前已完成44项空间新技术的在轨验证,部分技术产品已实现推广应用。卫星为这些新发现做了很好的技术支撑。

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空间新技术试验卫星发射任务取得成功。

但当问起印象深刻的事情,张晓峰首先想到的,是最后一次装星时,把一个电缆装短了。此时卫星即将出厂,已经来不及拆星重装。最终临时决定加做一个电缆,做一个转接。

当晚,张晓峰立马把所有的设计师召集起来,让每个人思考还有没有遗漏的地方。“我当时说,这个卫星虽然是自筹的项目,但它同样承载了非常多科学家的期许,我们也要把它当成国家的大任务去看待。”

团队中的每个人也都是这么想的,十分珍惜这次机会,也在期待这颗“新”星开创的模式,成为一种科学研究新范式。

顺利发射一周年时,张永合与“力箭一号”运载火箭总设计师杨毅强共同发布了“创新X”科学航班计划。该计划将面向全球征集有在轨验证需求的新载荷、新产品,利用“力箭”的发射机会,每年搭载4颗50公斤级科学微纳星、2颗100公斤级科学微小卫星、1颗600公斤级科学试验卫星。

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创新X首发星在轨试验总结会。

航班的第二颗星,CATCH(Chasing All Transients Constellation Hunters)科学微小卫星将于今年6月发射,不足50公斤的卫星搭载了4个载荷,即将开展新一轮太空试验。

“我们在继续优化卫星平台的设计,以及收集科学家们的需求。”张永合介绍,“我们的实践表明,这种模式是走得通的,随着后续成本的进一步降低,假以时日将帮助越来越多的科学家开展基础研究。”

 
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