“向日葵一號(hào)S1星”模型

　　4月24日，“中國航天日”，記者走進(jìn)中國科學(xué)院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院（簡稱“衛(wèi)星創(chuàng)新研究院”），實(shí)地探訪了國內(nèi)首個(gè)微納衛(wèi)星批量化生產(chǎn)制造精品平臺(tái)，揭開了商用“微納衛(wèi)星”的神秘面紗。

　　在衛(wèi)星創(chuàng)新研究院的一樓展廳，一顆擁有兩片深藍(lán)色“翅膀”，主體呈金黃色的衛(wèi)星模型，挺立在“承國家之志、鑄時(shí)代新星”的背景板前，在深藍(lán)色的穹頂映襯下，熠熠發(fā)光。衛(wèi)星創(chuàng)新研究院微納衛(wèi)星研究所副所長張科科告訴《中國科學(xué)報(bào)》記者，它是衛(wèi)星創(chuàng)新研究院研發(fā)的首顆民用商業(yè)微納衛(wèi)星“向日葵一號(hào)S1星”的模型。

　　微納衛(wèi)星有多??？

　　隨著高新技術(shù)的發(fā)展和需求的推動(dòng)，航天器微小化的發(fā)展已經(jīng)成為趨勢。微納衛(wèi)星以重量體積小、功能密度高、開發(fā)周期短、能以更低的成本完成很多復(fù)雜空間任務(wù)的優(yōu)勢，在科研、國防、民用商業(yè)等領(lǐng)域發(fā)揮了越來越重要的作用。

　　和動(dòng)輒上千公斤的大衛(wèi)星相比，微納衛(wèi)星的身形真的是輕盈多了。張科科說：“向日葵一號(hào)S1星”的重量約為100公斤，它的主體和家用飲水機(jī)差不多大小，可是，在微納衛(wèi)星家族里，它的個(gè)頭不算小?！?/p>

　　微納衛(wèi)星家族包括微衛(wèi)星和納衛(wèi)星。就重量而言，微衛(wèi)星的重量從10公斤到100公斤不等，納衛(wèi)星則從1公斤到10公斤不等，統(tǒng)稱為“微納衛(wèi)星”。這些都得益于新技術(shù)、新器件、新工藝、新材料在航天領(lǐng)域不斷地發(fā)展和逐步應(yīng)用。

　　“小衛(wèi)星”有“大本領(lǐng)”

　　微納衛(wèi)星雖然體積小，但是本領(lǐng)可不小。“一顆約100公斤的微納衛(wèi)星能干以往300到500公斤傳統(tǒng)衛(wèi)星能干的活兒。”張科科介紹說，“中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS）是全球四大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)之一，導(dǎo)航增強(qiáng)型微納衛(wèi)星能協(xié)助北斗導(dǎo)航系統(tǒng)讓用戶接收到的導(dǎo)航定位的精度達(dá)到厘米級?！?/p>

　　“‘向日葵一號(hào)S1星’于2018年9月29日發(fā)射升空，星上裝載有星間激光通信、數(shù)字多波束對地通信和高精度導(dǎo)航定位載荷，采用了模塊化設(shè)計(jì)理念，具有高集成、低成本、功能密度高、實(shí)用業(yè)務(wù)化等特點(diǎn)。至今，它已在軌運(yùn)行1年半多，超過了原先1年的預(yù)期‘壽命’，各項(xiàng)性能指標(biāo)運(yùn)行良好。”

　　“向日葵一號(hào)S1星”的學(xué)名是“微厘空間一號(hào)S1試驗(yàn)衛(wèi)星”，談到 “向日葵”這個(gè)“昵稱”，張科科解釋說，“這和它的一項(xiàng)特殊本領(lǐng)有關(guān)。衛(wèi)星在太空里獲取能量來源主要是太陽能電池板，而電池板的能源轉(zhuǎn)化效率和太陽照射的角度有關(guān)。我們把太陽能帆板安裝在二維跟蹤轉(zhuǎn)臺(tái)上，讓電池板和‘向日葵’一樣，始終能面向太陽，保持近乎90度陽光直射的狀態(tài)，從而大大提高太陽能利用率，突破了衛(wèi)星由于身形小能源供給不足的技術(shù)瓶頸?！?/p>

　　“‘向日葵一號(hào)S1星’還有一個(gè)孿生兄弟，‘向日葵一號(hào)S2星’，預(yù)計(jì)今年5月下旬發(fā)射”。張科科說：“‘向日葵一號(hào)S2星’發(fā)射后，兄弟倆能在空中‘握手’，開展星間激光通信、地-星-星-地通信試驗(yàn)，導(dǎo)航增強(qiáng)系統(tǒng)組網(wǎng)技術(shù)驗(yàn)證等工作?！睆埧瓶仆嘎?，它們的升級版弟弟“向日葵一號(hào)S3星”，也正在“孕育”中，計(jì)劃年內(nèi)發(fā)射。

　　談到這種微納衛(wèi)星的優(yōu)勢，張科科表示：“由于微納衛(wèi)星處于低軌組網(wǎng)運(yùn)行，落地信號(hào)強(qiáng)、通信延時(shí)短，手持終端也能更加輕巧；相對于地面基站，‘天基’覆蓋更廣，能不受地理位置、人口分布等影響。尤其是‘厘米級’的精準(zhǔn)定位，在未來自動(dòng)駕駛等應(yīng)用領(lǐng)域，意義舉足輕重?！闭?yàn)檫@些優(yōu)點(diǎn)，微納衛(wèi)星已經(jīng)逐步被廣泛應(yīng)用于導(dǎo)航增強(qiáng)、對地遙感、物聯(lián)通信、空間科學(xué)試驗(yàn)等諸多領(lǐng)域。

　　微納衛(wèi)星精品平臺(tái)：讓微納衛(wèi)星批量化生產(chǎn)成為可能

　　“向日葵”兄弟仨都誕生于微納衛(wèi)星研究所新一代微納衛(wèi)星WN100平臺(tái)，這個(gè)平臺(tái)可以說是微納衛(wèi)星“向日葵”兄弟的搖籃。

　　張科科介紹，新一代微納衛(wèi)星WN100平臺(tái)主要面向?qū)Ш皆鰪?qiáng)、物聯(lián)通信、天基網(wǎng)絡(luò)和組網(wǎng)星座等任務(wù)，專門用于研制百公斤級以下的各類空間應(yīng)用、新技術(shù)探索、低成本實(shí)用化微納衛(wèi)星。平臺(tái)主要特點(diǎn)包括：高性價(jià)比、模塊化設(shè)計(jì)、功能分艙標(biāo)準(zhǔn)接口、標(biāo)準(zhǔn)化綜合電子、高精度三軸穩(wěn)定、電/化學(xué)推進(jìn)模塊可選等。由此平臺(tái)研發(fā)的微納衛(wèi)星在星間激光通信能力、大功率能源供給能力、精準(zhǔn)組網(wǎng)與保持能力、軌道維持與離軌能力等方面具有獨(dú)特優(yōu)勢。

　　談到此平臺(tái)和以往衛(wèi)星開發(fā)平臺(tái)的區(qū)別，張科科坦言：“以往衛(wèi)星都是‘度身定制’，而有了這個(gè)平臺(tái)，我們可以通過標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化的設(shè)計(jì)理念，用流水線方式進(jìn)行組裝批量生產(chǎn)衛(wèi)星，能進(jìn)一步減少研制的成本。在測試方法和管理流程上，我們加入了自動(dòng)化的設(shè)計(jì)，能簡化和確保衛(wèi)星的研制更貼近用戶的需求。”

　　“我們的定位是生產(chǎn)中高端、高功能密度、高性價(jià)比的微納衛(wèi)星”。張科科說，“目前，我們在產(chǎn)品齊套的基礎(chǔ)上，生產(chǎn)1顆微納衛(wèi)星的組裝、集成測試和試驗(yàn)時(shí)間是60天左右。將來，我們的目標(biāo)是1天內(nèi)能完成1顆微納衛(wèi)星的批量化生產(chǎn)”。

　　未來可期：面向國民經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場

　　在衛(wèi)星家族里，微納衛(wèi)星很年輕，研制團(tuán)隊(duì)也是如此?！拔覀兊膱F(tuán)隊(duì)有50來人，平均年齡33歲左右，大家能吃苦，有創(chuàng)造力和凝聚力。即使疫情期間，也不耽誤科研任務(wù)。4月15日，為了保障科研生產(chǎn)，衛(wèi)星創(chuàng)新研究院第一批科研人員通過醫(yī)院核酸檢測，飛赴北京開展工作。其中就有10個(gè)是我們微納衛(wèi)星團(tuán)隊(duì)的?！睆埧瓶票硎尽?/p>

　　不過，張科科也提示，“雖然在國內(nèi)的微納衛(wèi)星研制領(lǐng)域，我們在高功能密度、模塊化微納衛(wèi)星設(shè)計(jì)研制等方面的能力已經(jīng)達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平，但是和Space X等國際同行相比，在產(chǎn)品化、批量生產(chǎn)等方面我們還屬于跟跑階段?！?/p>

　　“面向國民經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場，以用戶需求和市場應(yīng)用為導(dǎo)向，提供國際一流實(shí)用化微納衛(wèi)星整體解決方案，是我們衛(wèi)星創(chuàng)新研究院微納衛(wèi)星研究所努力的方向。”張科科說。

　　增強(qiáng)導(dǎo)航信號(hào)、提供高精度導(dǎo)航定位服務(wù)是“向日葵”三兄弟的“使命”，“向日葵兄弟”的理想是突破高精度、高可靠導(dǎo)航服務(wù)能力局限，組建天地一體化導(dǎo)航和通信增強(qiáng)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，以中國衛(wèi)星導(dǎo)航競爭優(yōu)勢，滿足國內(nèi)需求并惠及“一帶一路”國家。

　　未來任重而道遠(yuǎn)，但是張科科充滿信心。