圖說：我國成功發(fā)射千帆極軌03組衛(wèi)星 新華社 發(fā) 郭厚澤 攝
12月5日，太原衛(wèi)星發(fā)射中心，刺骨的寒風(fēng)中，長征六號甲運(yùn)載火箭托舉著千帆極軌03組衛(wèi)星一飛沖天。
千里之遙，上海臨港，中國科學(xué)院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院空間機(jī)構(gòu)產(chǎn)品研制團(tuán)隊(duì)見證著這一激動人心的時(shí)刻。
2024年，航空航天挺熱。國內(nèi)外，每一次點(diǎn)火發(fā)射，都牽動著無數(shù)人的心。有人關(guān)注到，“一箭多星”越來越多出現(xiàn)在大家的視野里；可不知道的是，“一次多裝點(diǎn)”并不是件輕而易舉的事。
穿過風(fēng)淋房，經(jīng)過大大小小的潔凈廠房，記者跟隨中國科學(xué)院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院正高級工程師、千帆衛(wèi)星副總師劉瑞來到了空間機(jī)構(gòu)產(chǎn)品研制團(tuán)隊(duì)的裝配大廳。初冬了，臨港的海風(fēng)呼呼作響，可廠房里熱火朝天的氛圍，卻讓人一時(shí)間分不清四季。
競爭激烈 唯有創(chuàng)新
或許，你聽說過美國太空探索技術(shù)公司的“星鏈”，這是低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的“先行者”“領(lǐng)航者”。
根據(jù)通信衛(wèi)星所處軌道的不同，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)可分為高軌和低軌兩類。低軌指距離地面2000千米以下的軌道高度，具有低時(shí)延、易于實(shí)現(xiàn)全球覆蓋的特點(diǎn)。
低軌空間能容納的衛(wèi)星數(shù)量有限。衛(wèi)星繞地球運(yùn)行需要申請軌道和頻段資源，國際電信聯(lián)盟（ITU）在軌道和頻段資源獲取上遵循“先登先占、先占永得”的原則，這讓全球低軌衛(wèi)星資源競爭異常激烈。
今年8月，“千帆星座”的首批組網(wǎng)衛(wèi)星以“一箭18星”成功升空入軌，標(biāo)志著我國向組建全球衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)邁出了重要一步。據(jù)了解，“千帆星座”是我國正在建設(shè)的低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)星座計(jì)劃之一，一期將完成648顆衛(wèi)星的部署，初步構(gòu)建全球覆蓋的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，為全球用戶提供低延時(shí)、高速率、高可靠性的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。
可不容忽視的現(xiàn)實(shí)是，“千帆”競發(fā)時(shí)，“星鏈”已累計(jì)發(fā)射了7000余顆衛(wèi)星！
“國內(nèi)現(xiàn)有的分離模式難以匹配低軌互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星的規(guī)模化部署需求。”劉瑞嚴(yán)肅地說，“亟需開展多星堆疊壓緊與分離技術(shù)的突破，提升發(fā)射效率、降低單星發(fā)射成本。”
聚成千層塔 揮灑滿天星
在中國科學(xué)院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院位于上海臨港的廠房里，記者見到了劉瑞的“小伙伴”們。說是“小伙伴”，一點(diǎn)兒也不為過——這支成立于2023年初的團(tuán)隊(duì)，平均年齡只有33歲。
這群年輕人從零開始、從無到有、從有到優(yōu)，持續(xù)攻關(guān)，近一年半的時(shí)間里陸續(xù)完成多項(xiàng)先進(jìn)空間機(jī)構(gòu)產(chǎn)品的自主設(shè)計(jì)、攻關(guān)與研制并通過了在軌飛行考核。負(fù)責(zé)人劉瑞更是收獲了上海市“科技系統(tǒng)工匠”的榮譽(yù)稱號。
如何在整流罩內(nèi)放更多的衛(wèi)星？如何降低衛(wèi)星發(fā)射成本？劉瑞給記者打了一個(gè)形象的比方，過去“一箭一星”“一箭多星”，就像運(yùn)送了一臺或多臺傳統(tǒng)的臺式電腦去太空，到達(dá)目的地后每臺獨(dú)立分次“卸貨”；如今的“一箭多星”，則像是運(yùn)送平板電腦，到達(dá)目的地后統(tǒng)一“卸貨”——“車廂”大小不變，“路上”所用空間利用率顯著提升，單次運(yùn)送數(shù)量成倍增長。
這，便是多星堆疊壓緊與釋放關(guān)鍵技術(shù)。團(tuán)隊(duì)成立之初，相關(guān)技術(shù)還是國內(nèi)的“無人區(qū)”。大伙兒迎難而上，通過近百輪構(gòu)型迭代，突破傳統(tǒng)箱式、T型構(gòu)型，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星平板化構(gòu)型設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
“若要用一句話概括這項(xiàng)技術(shù)，那一定是‘聚成千層塔、揮灑滿天星’。”劉瑞自豪地說，團(tuán)隊(duì)摒棄了傳統(tǒng)的蜂窩板拼積木式主結(jié)構(gòu)，創(chuàng)新性地使用“鑄造+機(jī)加”一體化衛(wèi)星平板金屬結(jié)構(gòu)。他解釋，新工藝讓衛(wèi)星結(jié)構(gòu)發(fā)生了顛覆性變革，并且18套平板結(jié)構(gòu)可相互交錯堆疊，通過團(tuán)隊(duì)自主研制的星箭星間分離機(jī)構(gòu)“鎖緊”成了一個(gè)“千層塔”，能夠承受住火箭發(fā)射時(shí)的力學(xué)環(huán)境。
做到了前半句“聚成千層塔”，后半句“揮灑滿天星”一樣重要。 衛(wèi)星入軌后必須實(shí)現(xiàn)分離，才能獨(dú)立展開工作。 “過去一顆衛(wèi)星就要一套分離機(jī)構(gòu)，而我們18顆衛(wèi)星，共用一套星箭星間分離機(jī)構(gòu)。”劉瑞介紹，“衛(wèi)星到達(dá)既定軌道后，可一次完成所有衛(wèi)星的釋放，結(jié)合火箭的旋轉(zhuǎn)可實(shí)現(xiàn)18顆衛(wèi)星的有序拋撒。”
這一技術(shù)已經(jīng)在千帆01組衛(wèi)星得到了驗(yàn)證——這是國內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)多星堆疊發(fā)射，也讓中國成為國際上第二個(gè)掌握該項(xiàng)技術(shù)的國家。
“金點(diǎn)子”落地“生產(chǎn)力”
劉瑞說，“聚成千層塔、揮灑滿天星”，其實(shí)還有下半句：“展翼增星輝、千帆耀蒼穹”。
“衛(wèi)星到了太空，只能說是‘行百里者半九十’。要是沒有能源，即使順利展開也會變成‘鐵疙瘩’。”劉瑞解釋。
衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，既要快，又要好，還要便宜。可現(xiàn)有太陽能電池陣結(jié)構(gòu)與機(jī)構(gòu)供應(yīng)鏈難以支撐巨型星座規(guī)模化、低成本的制造需求。在工程師們眼中，太陽能電池陣結(jié)構(gòu)與機(jī)構(gòu)是“衛(wèi)星的翅膀”“能源供應(yīng)的衛(wèi)士”，也是“降本增效”的關(guān)鍵。
在2023年初，研制團(tuán)隊(duì)“一心多用”，開始太陽能電池陣結(jié)構(gòu)與機(jī)構(gòu)產(chǎn)品自主設(shè)計(jì)，通過模式創(chuàng)新、工藝創(chuàng)新，完成了高效率產(chǎn)線的建設(shè)。記者采訪那天，太陽能電池陣產(chǎn)品正在衛(wèi)星總裝大廳進(jìn)行整翼裝配，完成后就將和衛(wèi)星對接集成。
圖說：科研人員在進(jìn)行太陽能電池陣同步裝置的張力測量與調(diào)節(jié) 新民晚報(bào)記者 陶磊 攝
“得益于微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院的頂層規(guī)劃，臨港園區(qū)如今已形成太陽能電池陣上下游產(chǎn)業(yè)鏈、可自閉環(huán)；結(jié)合團(tuán)隊(duì)的設(shè)計(jì)與工藝創(chuàng)新，太陽能電池陣單套裝配時(shí)間由5天縮短至2天，效率提升2.5倍，單線產(chǎn)能由年產(chǎn)48套提升至120套。”劉瑞興奮地表示。
記者了解到，研制團(tuán)隊(duì)以創(chuàng)新驅(qū)動設(shè)計(jì)與生產(chǎn)，經(jīng)常會迸發(fā)“金點(diǎn)子”。面對有些“大膽”的想法，大伙兒并不會輕易否決，而是進(jìn)行科學(xué)論證，不少好想法“落地”成“生產(chǎn)力”實(shí)現(xiàn)了“降本增效”。
“衛(wèi)星事業(yè)的未來充滿想象，也面臨重重挑戰(zhàn)。”劉瑞說，研制團(tuán)隊(duì)會緊跟國際前沿，關(guān)注用戶需求，持續(xù)開展空間機(jī)構(gòu)關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)，將更多“不可達(dá)成”變成“可以達(dá)成”。
文章來源：新民晚報(bào)