科學家“眾籌”衞星 最快明年！下列創新X號太空航班將啓航_風聞

國內同類衞星中“乘客”最多的太空航班作者／  IT時報記者 毛宇 郝俊慧編輯／  郝俊慧 孫妍24億年前，茫茫宇宙深處，一顆比太陽重20多倍的“超級太陽”生命走到了盡頭，瞬間坍縮，釋放出一朵巨大的“宇宙煙花”。24億年後，火球與星際物質摩擦後生成的大量萬億電子伏特（TeV）高能伽馬光子抵達地球。人類看到了這朵“煙花”。2022年10月9日，“創新X”空間新技術試驗衞星（以下簡稱“創新X”衞星）上的載荷“高能爆發探索者（HEBS）”抓住了這束最亮伽馬光。短短數百秒內，HEBS與“慧眼”衞星、高海拔宇宙線觀測站（LHAASO）聯合，精確測量了這個編號為GRB 221009A的伽馬射線暴完整爆發過程，其亮度是地球已知最大伽馬暴的50倍。此時，距離“創新X”衞星上天僅僅過了2個多月，這次千年不遇天文事件的科學觀測，只是這顆衞星“觸摸”宇宙時帶來的“驚喜”之一。在這顆重量只有620公斤的衞星上，搭載着20餘家單位研製的16套載荷，它是國內同類衞星中“乘客”最多的太空航班。自發射以來，“創新X”已完成44項空間新技術驗證。科學的進步，似乎總是孕育於一次次偶然中，但每次不經意突破背後的必然，一定是創新。“創新X”衞星的成功，在於其創新性地提出並跑通了由科研機構“眾籌”太空科學試驗的新範式，在此基礎上推出的“創新X科學航班”計劃，將在今後幾年中，陸續發射更多的“眾籌衞星”上天，讓全球科學家以更低成本和更高效率完成“太空試驗”。為了上天科學家“眾籌”一顆星星2022年7月27日12時12分，酒泉衞星發射中心，伴隨一聲巨響，由中國科學院自主研製的、我國當前最大固體運載火箭“力箭一號”（ZK-1A）發射，“一箭六星”，成功將六顆衞星送入預定軌道並進入500公里高度的太陽同步軌道，“創新X”是其中最重的主星。21世紀的航天產業，正處於劇烈變革之中。隨着空間科學和商業航天的蓬勃發展，新技術如雨後春筍般湧現，太空試驗的需求急劇增加。但原有模式就像一個頑固的枷鎖，限制了新技術的快速驗證。對於許多面向空間科學、空間應用研究的新載荷、新技術產品而言，火箭發射任務有限，上星的機會“一票難求”，很多科研成果只能停留在地面試驗階段。2021年初，中國科學院“力箭一號”首飛工程立項，目標是在500公里太陽同步軌道實現1500公斤的運載能力。同時，經中國科學院審議通過，按照“經費自籌、風險自擔、科學先行、過時不候”的原則，“力箭一號”可以免費搭載一顆空間新技術試驗衞星上天，但這顆星和星上載荷需要科學家們自籌經費。如果將衞星看作一艘太空飛船，那載荷便是船上的“乘客”，每個載荷都是不同的科學設備和儀器，承擔着太空試驗的重任。對“眾籌者”來説，這筆經濟賬很好算，在衞星成本相對固定的前提下，載荷越多，各自平攤的成本越低。根據常規配置，600公斤左右的衞星一般能搭載三套載荷，但最終，“創新X”衞星搭載了16套載荷，創下國內同規格衞星載荷數記錄。為了完成這個創舉，總抓“創新X”衞星的中國科學院微小衞星創新研究院（以下簡稱衞星創新院）走過了一年半的“未知之旅”。 初時，眾多載荷如同潮水般湧來，但得知要自籌經費後，不少機構打起了退堂鼓，但也有不少項目已經在地試驗多年，就差上天“臨門一腳”。最終經過層層篩選，極紫外太陽成像儀、CPT原子磁場精密測量系統、全鋁自由曲面相機等載荷脱穎而出，成為此次太空航班的“乘客”。範式創新一顆星擔“十幾副擔子”“唯一的不變就是變化，甚至直到發射前，才安裝了最後一個載荷。”回憶起“創新X”研製的整個過程，衞星創新院副院長張永合頗為感慨。火箭不等人。彼時距離“力箭一號”發射只剩一年半，要想“上箭”，必須改變傳統的衞星研發和製造範式。以往發射的空間科學衞星多為某個領域的專業衞星，但因為是“眾籌”項目，“眾籌者”來自中國科學院散落在全國的不同科研機構，涉及科研領域五花八門，最終入選的載荷涵蓋了天文、量子、遙感、在軌制造等不同方向。如此多的載荷集中在一顆衞星上，通訊是首要挑戰。微小衞星創新院對載荷的 CAN、422、LVDS 等接口做了統一規範，如同在複雜的信息傳輸叢林中開闢出了一條標準的“高速公路”，大大降低了測試驗證的時間成本。在軌試驗有着非常嚴苛的科學要求，許多在地面可正常使用的硬件載荷，很可能在太空中因遭受空間高能粒子輻射而無法啓動，而合作單位中有一半沒有航天產品研製的經驗。“載荷要創新，衞星要成功。”李飛是“創新X”衞星的總體主任設計師，他深知每次太空試驗的風險，一旦“宕機”便不可彌補，創新也成無源之水。因此，衞星創新院為每一個載荷的研製單位提供“保姆式服務”，精心制定各項工作的明確規範，確保這些載荷在設計時便符合在軌運行的要求。經過一年多的反覆試驗，衞星創新院打造了一套可通用、可擴展、快速響應的空間新技術試驗衞星平台，打破了資源瓶頸，可以讓“乘客”隨時上下車。最終，“創新X”衞星成功地將20多家機構的16套載荷送入太空，“我國首幅太陽過渡區圖像”“國際迄今最亮伽馬暴”“國產量子磁力儀首次全球磁場勘測”“國際首次獲得並公開發布的大視場X射線聚焦成像觀測結果”等一系列突破性成果隨之而來。不斷“進化”年輕團隊創新無極限“創新X”衞星各類複雜技術的背後，是一支年輕團隊在創造奇蹟。13位“85後”，2位“95後”，8位主任設計師中有6位是首次擔任相關工作。年輕的熱血為團隊注入活力和新意，但以往他們大多以基礎研究為主，工程經驗相對不足，就像初出茅廬的冒險者，懷揣着對航天的熱情卻缺乏足夠的實踐經驗。為了彌補這一不足，團隊啓用“以老帶新”的雙責任制，既放手讓年輕人擔任設計師，主導項目推進，同時由經驗豐富的主任設計師和室主任負責關鍵節點的把控。 “説是師徒，其實年齡相差也不大。”“創新X”衞星的總師張曉峯笑言，出生於1987年的“師父”劉瑞帶着出生於1994年的“徒弟”李天童，撐起了衞星的結構設計。新的管理模式讓這個開放式項目的迭代變得更加靈活。在CPT原子磁場精密測量系統載荷的研製過程中，一家合作單位專注於伸杆的研究，另一家合作單位則迫切希望降低衞星本身的磁場干擾。於是，年輕的成員們大膽提出可以通過伸杆將CPT原子磁場精密測量載荷伸出衞星本體以外來解決問題。一開始，這個想法並沒有得到一致認同。顯然，它增加了系統設計的複雜性。但經過深入的研究和討論，年輕團隊做出的試驗結果超出所有人預期，磁場干擾問題不僅得以解決，還為系統帶來了更優性能。張曉峯介紹，“我們衞星創新院有一個傳統，是成立臨時黨支部。其中一個活動叫黨員‘亮身份，踐承諾’。我們所有的黨員到了發射場，都會寫下自己的承諾書，去儘自己最大努力，確保發射成功。因為是系統工程，每個人把自己做好了，系統工程才能做好。”“創新X”衞星團隊還創造了一個“最簡發射隊”的紀錄。正常情況下，一個衞星發射隊需要30~40人，而“創新X”衞星的發射隊最少時只有7個人，一直堅守在發射前端等候火箭發射指令的，是一位年僅27歲的年輕女隊員。如今，這些經過“創新X”錘鍊的年輕人們，已成長為衞星創新院的骨幹力量，幾位參加工作僅有三四年的“90後”，被選拔至重量級國家任務中的關鍵崗位上。“一切都不是預先設計好的，在所有人的全力以赴下，整個項目像一個生命體，在不斷進化中前行。”張永合表示。不斷起飛“太空航班”要可持續全球航天產業正進入高速發展期，尤其在500公里~1000公里的近地軌道空間，各國的“太空暗戰”已經打響。經過一年多在軌運行，創新X微小衞星成功驗證44項新技術。這些新技術涵蓋衞星多個領域，包括控制系統、數據傳輸系統、能源管理及載荷運行機制等。其中三類新型遙感圖像、10餘種新材料和新器件得到驗證，還有9項新技術產品在其他項目中推廣，體現出對新技術、新器件的強大牽引，有力支持了國家基礎研究和重大項目。在成像領域，衞星實現了國際首次大視場X射線聚焦成像，清晰度和覆蓋範圍在航天領域均開創先河；在極紫外探測方面，46.5nm極紫外太陽成像儀，實現我國首次太陽過渡區探測，是近半個世紀以來國際首次拍攝到的46.5nm全日面圖像；國產量子測力儀的應用則打破了國外的長期壟斷，實現宇航級標量磁力儀自主可控，不再依賴於國外載荷。首戰告捷，“創新X”衞星還會有下一列航班嗎？答案是，有的。2023年8月，發射“力箭一號”的中科宇航有限公司與衞星創新院共同發佈“創新X”科學航班計劃，面向全球徵集有在軌驗證需求的新載荷、新產品，利用“力箭”的發射機會，每年搭載4顆50公斤級科學微納星，2顆100公斤級科學微小衞星，1顆600公斤級科學試驗衞星，為全球科學家、科研機構、大學、空間公司提供全鏈條搭載服務。如今，新的太空航班計劃已經啓動，光學探測、引力波探測、推進載荷等科研方向已在不斷研究和迭代中，預計最快明年6月，“創新X”號太空航班將再次啓航。通過第一代“創新X”衞星打造出的寬適應、可持續推進的衞星平台，可以快速適應不同載荷需求，無論是複雜科學探測還是新型通信載荷，都可方便安裝。張永合希望，“創新X”航班計劃未來可以“科學研究”和“產業應用”兩條腿走路，一個50公斤的微小衞星，衞星成本和火箭發射成本加起來約在600萬元左右，如果搭載8個載荷，對每個科研機構的成本壓力便會大幅下降，張永合認為更理想的狀態是，引入一些商業載荷，算好一顆星上的科學試驗和產業應用“經濟賬”，讓整個航班計劃進入正向商業循環，“這是一條比較長的路，但隨着發射成本和衞星成本的逐漸降低，將來一定能夠實現。”“未來，我們團隊將繼續聚焦世界科技前沿，瞄準科學無人區，用創新顛覆以往，將智慧混入科技強國的波浪，成為國家航天領域不可替代的戰略科技力量。”張曉峯表示。排版／ 季嘉穎圖片／ 採訪對象來源／《IT時報》公眾號vittimesE N D