北斗三號大本營(yíng) 22顆衛星引領(lǐng)中國創(chuàng )新

　　在中科院微小衛星創(chuàng )新研究院入口處，有一面手繪的太空墻，每成功發(fā)射一顆小衛星，就會(huì )將它畫(huà)在上面。如今墻面上已有19顆形態(tài)各異的小衛星，其中包括量子科學(xué)實(shí)驗衛星(“墨子號”)、暗物質(zhì)粒子探測衛星(“悟空號”)、天宮二號伴隨衛星等，一個(gè)月前剛剛發(fā)射的遙感三十號01組3顆衛星還沒(méi)來(lái)得及入畫(huà)，而北斗三號衛星也在衛星總裝車(chē)間整裝待發(fā)。

　　坐落于上海張江?？坡返闹袊茖W(xué)院微小衛星創(chuàng )新研究院是我國小衛星的搖籃，更是中國航天領(lǐng)域創(chuàng )新的一張名片。

　　“我們現在一年可發(fā)射15顆到20顆衛星，迄今創(chuàng )新研究院總共已有22顆衛星成功上天。”中科院微小衛星創(chuàng )新研究院副院長(cháng)、北斗導航衛星總設計師林寶軍向包括第一財經(jīng)在內的媒體介紹道。時(shí)間倒回至1970年中國第一顆人造地球衛星成功發(fā)射，很長(cháng)一段時(shí)間內造一顆衛星需要幾年的時(shí)間。

　　為整星瘦身讓小衛星“跳舞”

　　走進(jìn)高13米近2000平方米的總裝車(chē)間，科研人員正在忙碌地安裝北斗三號組網(wǎng)衛星，據林寶軍介紹，這兩組衛星的組裝工作已經(jīng)基本完成，下一步還要做真空實(shí)驗、力學(xué)實(shí)驗，模擬太空的真實(shí)環(huán)境以及火箭發(fā)射過(guò)程中所經(jīng)歷的環(huán)境。而在不遠處，已有兩顆北斗三號衛星放入屏蔽暗室，等候發(fā)射安排。

　　2015年3月30日，我國首顆新一代北斗導航衛星發(fā)射成功，北斗衛星首發(fā)的背后一大創(chuàng )新，就是將原來(lái)幾噸重的整星瘦身到800公斤，將原本需要20多臺計算機控制，耗時(shí)十幾分鐘的系統，優(yōu)化為僅需1臺控制，大大提升了衛星的可靠性，也可以帶更多的載荷產(chǎn)品上天。

　　據林寶軍介紹，這一瘦身過(guò)程，采用的新技術(shù)占比超過(guò)70%，打破了航天領(lǐng)域衛星采用新技術(shù)的比例不超過(guò)30%這條不成文的規定。

　　據了解，北斗三號在性能和系統的可靠性上有了大幅提升，定位精度達到厘米級，時(shí)間精確度每日誤差小于2納秒。“中國將建成北斗全球系統，如果建成可以達到米級甚至厘米級的精度，車(chē)輛可以區分，無(wú)人駕駛汽車(chē)等應用就都可以實(shí)現了。”林寶軍說(shuō)。

　　這一創(chuàng )新同樣體現在暗物質(zhì)衛星(“悟空號”)上。

　　在競標之初，研究院提出了以載荷為中心的設計理念，以往我國衛星研發(fā)均以平臺為中心。“打個(gè)比方，原來(lái)以‘車(chē)’為中心，如果‘貨物’尺寸太大，或分量太重，就只能改，而我們希望根據‘貨物’來(lái)做‘車(chē)’。”暗物質(zhì)衛星總設計師李華旺比喻道。

　　這背后不僅僅涉及重量比例的問(wèn)題，需要經(jīng)受力學(xué)振動(dòng)測試，更是對以往設計理念的顛覆。最終整顆暗物質(zhì)衛星重1.8噸，其中載荷1.4噸，平臺只有450公斤，節省了幾千萬(wàn)元的運載火箭成本。截至2017年10月7日，“悟空”已繞地球飛行9680圈，探測宇宙粒子34億個(gè)。

　　在研究院，碳衛星被稱(chēng)為“會(huì )跳舞的衛星”，原因在于和以往僅用單一姿態(tài)探測地球衛星氣象不同，這顆碳衛星可以一會(huì )兒對著(zhù)太陽(yáng)，一會(huì )兒對著(zhù)月亮，一會(huì )兒跟蹤地面目標，以多種模式交互觀(guān)測。

　　這種觀(guān)測模式在空間是首例，“就拿耀斑觀(guān)測模式來(lái)說(shuō)，衛星飛行時(shí)在動(dòng)，海面上耀斑也在動(dòng)，兩者之間的幾何關(guān)系一直在改變。這就像人在屋子里行走，要通過(guò)墻上鏡子的反射，始終注視著(zhù)桌上飄忽的燭火，難度可想而知。”微納所副所長(cháng)碳衛星副總設計師張永合說(shuō)。

　　最終該技術(shù)得以突破并實(shí)現應用，在近日地球觀(guān)測組織第14屆年會(huì )上，中國與會(huì )者宣布中國碳衛星數據將正式對外開(kāi)放共享，繼美國、日本之后中國成為第三個(gè)可以提供碳衛星數據的國家。

　　人人將擁有一顆小衛星

　　明星衛星“墨子”號如今已經(jīng)一歲了，且已經(jīng)實(shí)現了白天遠距離量子密鑰分發(fā)、隱形傳輸的實(shí)驗。據量子衛星總體主任設計師鄧雷透露，運行一年，量子衛星實(shí)際跟瞄精度比設計目標提高了1.0個(gè)量級，令量子在傳輸中的衰減銳減，效率大增。

　　但在研制量子衛星平臺之初，工作難度遠超乎團隊的預期。要把衛星上的兩束激光同時(shí)對準地面兩個(gè)相距千公里的天文望遠鏡光軸，誤差必須控制在3.5微弧度，這就好比在離地萬(wàn)米的飛機上，往地面兩個(gè)儲蓄罐的狹縫里扔硬幣。經(jīng)過(guò)技術(shù)攻關(guān)，最終達到了2.5微弧度的對準精度，比設計要求的精度更高。

　　與以往做衛星往往先拿國外數據作分析，若國外沒(méi)有先例，國內也不敢下決心去做，林寶軍認為當下做研究首先就是要打破這種固步自封的狀態(tài)。

　　在研究院的規劃里，愛(ài)因斯坦探針衛星和中法天文衛星都將在2020年前后發(fā)射，前者將為時(shí)域天文學(xué)帶來(lái)新的突破，尤其會(huì )對愛(ài)因斯坦的廣義相對論黑洞和引力波兩個(gè)預言進(jìn)行論證，后者將捕捉巨能伽瑪暴的來(lái)龍去脈。

　　在微納衛星研究所副所長(cháng)、天宮二號伴星主任設計師曹金看來(lái)，如同智能手機一樣，航天器產(chǎn)品也在逐步變小變輕變得智能，“就像今天每人都有自己的微信一樣，未來(lái)或許每人都可能有一顆自己的衛星。”