“眾籌”衛(wèi)星如何“包機”上太空？

文 | 吳雨航，編輯 | 李皙寅

傳統(tǒng)衛(wèi)星發(fā)射流程冗長，許多新技術難以快速驗證。中國科學院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院通過“眾籌”模式，集結科研需求，定制“衛(wèi)星航班”，大幅縮短發(fā)射周期并降低成本，為快速驗證和應用新技術提供了高效途徑

當前，中國在軌衛(wèi)星數(shù)量已經(jīng)超過900顆。

在這規(guī)模龐大的“群星”中，其中有一顆形狀酷似蜻蜓、重620千克的衛(wèi)星，它的名字叫做空間新技術試驗衛(wèi)星。

2022年7月27日，空間新技術試驗衛(wèi)星作為主星，同其他五顆衛(wèi)星一起，乘著“力箭一號”進入500公里高度的太陽同步軌道。

發(fā)射成功后的半年內(nèi)，空間新技術試驗衛(wèi)星接連發(fā)布了兩批科學成果，創(chuàng)造了科學研究上的多個“首次”：國際上首次獲得寬視場X射線聚焦成像天圖、打破人類探測伽馬射線暴的亮度記錄、獲得我國首幅太陽過渡區(qū)圖像、國產(chǎn)量子磁力儀首次空間應用并獲得全球磁場勘測圖……截至目前，這顆衛(wèi)星已完成44項新技術的在軌驗證。

這顆由我國科學衛(wèi)星領域主力軍——中國科學院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院（簡稱衛(wèi)星創(chuàng)新院）——自主研制的空間新技術試驗衛(wèi)星，還有另一個名字——“創(chuàng)新X”系列首發(fā)星。

該院副院長、科學衛(wèi)星總體研究所所長張永合告訴我們，“創(chuàng)新X”意味著創(chuàng)新交叉、創(chuàng)新無極限。

作為我國微小衛(wèi)星及相關技術領域的總體單位之一，衛(wèi)星創(chuàng)新院已成功發(fā)射包括北斗三號組網(wǎng)衛(wèi)星、暗物質粒子探測衛(wèi)星、量子科學實驗衛(wèi)星、天宮二號伴隨衛(wèi)星、太極一號衛(wèi)星、愛因斯坦探針衛(wèi)星等126顆衛(wèi)星。

在這些已發(fā)射的衛(wèi)星中，空間新技術衛(wèi)星是個特別的存在。特別在何處？這顆“新”衛(wèi)星，又如何創(chuàng)新一個科學范式？讓我們從它的誕生說起。

01、“眾籌”一顆衛(wèi)星上天

火箭、衛(wèi)星、載荷都是太空的常見“旅客”。

然而，多數(shù)時候是由搭載在衛(wèi)星上的載荷來完成特定的太空任務，如地球觀測、天文觀測、空間研究等。所以我們可以把火箭、衛(wèi)星理解為輸送載荷的交通工具。

2021年年初，中國科學院“力箭一號”運載火箭首飛工程立項。為了充分利用火箭的運載能力，空間新技術試驗衛(wèi)星獲得了一個被搭載上天的機會。

按照常規(guī)流程，通常是先確定科學目標，再依照目標設計載荷儀器。即先召集好“乘客”，再根據(jù)乘客的特性設計衛(wèi)星，最后研制運載火箭。

然而空間新技術試驗衛(wèi)星面臨的情況是，最大的運載工具先定下來了，那衛(wèi)星上的乘客哪里來？又要根據(jù)哪些乘客來設計衛(wèi)星？

這一切都是未知數(shù)。

于是，衛(wèi)星創(chuàng)新院決定遵循“經(jīng)費自籌、風險自擔、科學先行、過時不候”的選拔原則開展乘客海選。

簡單理解，要想搭載上這顆空間新技術試驗衛(wèi)星，載荷單位需要自行籌集資金進行載荷研發(fā)，但同時也要承擔發(fā)射失敗的風險。另外，作為科學研究衛(wèi)星，它需要驗證新技術、新材料、新器件等，這對載荷的科學意義要求很高。最后，如果未能在衛(wèi)星研制周期里研制好的載荷，就會錯失這次“上天”的機會。

盡管要求嚴苛，但中國科學院各單位申請積極，很快就涌來了上百份申請。進行第一輪篩選后，“創(chuàng)新X”團隊認為這顆衛(wèi)星還缺少“主角”，需要再選取一些有亮點的乘客。于是團隊又“主動出擊”，說服各載荷單位和首席科學家，最后成功邀請到龍蝦眼X射線望遠鏡等重量級乘客。

就這樣，19個載荷終于“湊”成了一顆衛(wèi)星。

通過“眾籌”模式來發(fā)射衛(wèi)星，這在中國衛(wèi)星發(fā)射史上還是第一次。據(jù)了解，此前空間科學衛(wèi)星多采用專業(yè)衛(wèi)星的模式，有既定的科學目標，如太陽觀測、量子通信等，搭載的也是同一類型的載荷。這導致很多新技術和新產(chǎn)品難以納入國家任務型號的火箭和衛(wèi)星發(fā)射任務中。

然而在這顆衛(wèi)星上，科學探測、新型遙感相機、空間環(huán)境監(jiān)測和新技術驗證四個不同類別的載荷都找到了自己的位置，總共涉及天文、量子、遙感、在軌制造等近10個學科領域。

可以說，空間新技術試驗衛(wèi)星由此開創(chuàng)了“眾籌”衛(wèi)星的新范式。

要知道，從1958年中國第一顆人造衛(wèi)星“東方紅一號”提出計劃，到1970年成功發(fā)射，經(jīng)歷了12年時間。即便隨著研制技術的發(fā)展，在傳統(tǒng)模式下，大衛(wèi)星的研制周期一般在5年左右，小衛(wèi)星的研制周期一般也要2年左右。

然而這顆“眾籌”衛(wèi)星，在一年半的時間內(nèi)就成功實現(xiàn)了從立項批復到發(fā)射，跟上了火箭發(fā)射的大部隊，大幅縮短了研制周期。同時采取“經(jīng)費自籌”的方式，分攤了研發(fā)成本，也激發(fā)了科研創(chuàng)新的活力。

02、? 在軌驗證需求亟待滿足

在軌驗證，是航天發(fā)展的關鍵環(huán)節(jié)。

這是火箭、衛(wèi)星等航天產(chǎn)品研制的“必經(jīng)之路”：先關鍵技術驗證再實施建造。每一次成功的航天任務，都建立在前期數(shù)次的驗證基礎上。

因為在太空微重力、強輻射、高真空等許多不同于地面的特殊環(huán)境條件下，能揭示在地面重力掩蓋下物質的特殊規(guī)律。將航天產(chǎn)品的鑒定件送上太空，能更好地確認和改進航天技術的準確性、真實性和有效性，推動技術進步。

近年來，隨著航空航天技術的進步、未來空間產(chǎn)業(yè)布局的加快，新技術快速驗證的需求愈發(fā)旺盛。

據(jù)不完全統(tǒng)計，今年上半年，中國共實施30次發(fā)射任務，其中有5次商業(yè)運載火箭發(fā)射。

然而，由政府主導的傳統(tǒng)航天模式，航天項目的研發(fā)周期長、環(huán)節(jié)多，面對旺盛的在軌驗證需求無法一一滿足。

科學衛(wèi)星總體所副所長、創(chuàng)新X衛(wèi)星總指揮陳雯告訴我們，傳統(tǒng)的航天模式無法滿足許多新技術快速驗證的需求，制約了技術的迭代和創(chuàng)新。

在這樣的背景下，衛(wèi)星創(chuàng)新院決定開展創(chuàng)新，“眾籌”模式應運而生。

張永合對我們介紹稱，空間新技術試驗衛(wèi)星搭載的載荷，大部分都是在航天領域就差“臨門一腳”的基礎研究和新技術。如果驗證這些研究和技術，將為實現(xiàn)重大科學突破提供基礎。

2024年1月愛因斯坦探針衛(wèi)星（EP）的成功發(fā)射就證明了這一點。這顆衛(wèi)星在國際上首次大規(guī)模運用“龍蝦眼”微孔陣列聚焦成像技術，而此前龍蝦眼X射線望遠鏡正是空間新技術試驗衛(wèi)星上的一個重要載荷。在軌試驗期間，它成功獲取“首光”圖，擔好了“探路者”的角色。

03、 商業(yè)航天即將開啟?“航班式驗證”

商業(yè)航天雖然仍然具有傳統(tǒng)航天長周期的特性，但如果能搶先發(fā)展、縮短時間，就意味著更低的成本和更大的優(yōu)勢。所以在全球商業(yè)航天的激烈競爭中，誰能短時間內(nèi)完成關鍵技術在軌驗證，就能盡早開啟建造、發(fā)射，最終在競爭中搶占先機。

對于商業(yè)航天公司而言，成功的在軌驗證還是提升投資者和客戶信息的“強心劑”，有助于吸引更多的投資和合同，從而實現(xiàn)商業(yè)閉環(huán)。

“不僅是一次任務，更是一次機會?！睆堄篮线@樣形容空間新技術試驗衛(wèi)星的發(fā)射。

“眾籌”模式正為滿足商業(yè)航天領域的在軌驗證需求提供機會。

研發(fā)團隊的工程師們用一個精妙的比喻來形容自己的工作：空間新技術試驗衛(wèi)星就像一架航班，各個有效載荷是乘客，而自己是這架航班的乘務組，主要工作是在衛(wèi)星上為它們找到合適的“艙位”，并為它們服務。

每個載荷都有不同的科學目的和需求，而乘務組首先要做的是將每位乘客的需求調(diào)研清楚。衛(wèi)星研發(fā)團隊與載荷研發(fā)團隊一一對接，定期召開載荷協(xié)調(diào)會，加強需求協(xié)調(diào)和跟蹤研制進展。

但是，“過時不候”的原則意味著其中有許多不確定性因素，實際過程中的確出現(xiàn)了有的載荷趕不上發(fā)射，只好中途下車的情況。

面對這些不確定，衛(wèi)星研發(fā)團隊也有應對策略。與專業(yè)衛(wèi)星依照定好的載荷提供個性化設計不同，團隊在考慮各個載荷個性化需求的同時，還采取通用化設計以滿足多類型載荷。例如設置了豐富的接口，同時還具備高精度對日觀測、對地成像、慣性定向等多種觀測模式。

所以，這是一個可擴展、可多次重復利用、可根據(jù)需要改造的平臺，對搭載不同載荷的靈活性極大增強。它為新型載荷、新技術產(chǎn)品提供了一種寬適應、低成本、可持續(xù)的試驗平臺。

“最后乘客的感覺非常好，我們乘務組也非常欣慰?！眲?chuàng)新X衛(wèi)星熱控主任設計師劉鎏對我們?nèi)缡钦f。

新型載荷低成本的快速驗證設計理念、“航班式驗證”的新模式為商業(yè)航天的發(fā)展提供了“加速器”。

04、衛(wèi)星研制降本增效，商業(yè)航天未來可期

當前，商業(yè)航天已成為一片亟待開拓的新藍海。2024年《政府工作報告》中將商業(yè)航天納入新增長引擎之列。數(shù)據(jù)顯示，2023年我國商業(yè)運載火箭的發(fā)射次數(shù)和成功率顯著提升，共實施發(fā)射13次，相比2022年的5次同比增長160%。據(jù)相關數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2023年中國商業(yè)航天領域新增企業(yè)數(shù)量為113272家，同比2022年的87844家，增長了28.95%。有關報告預計，中國商業(yè)航天產(chǎn)業(yè)規(guī)模今年將突破2.3萬億元。

降本增效，是商業(yè)航天持續(xù)追求的目標?？臻g新技術試驗衛(wèi)星的研制也提供了可借鑒的模式。

由于是“經(jīng)費自籌”，衛(wèi)星創(chuàng)新院面臨控制成本的需要。據(jù)了解，衛(wèi)星研制產(chǎn)業(yè)的難點在于衛(wèi)星設計和供應鏈問題，在衛(wèi)星設計中，有效載荷、姿軌控系統(tǒng)、電源系統(tǒng)價值較高。

解決這個問題，衛(wèi)星創(chuàng)新院有天然優(yōu)勢。據(jù)科學衛(wèi)星總體所副所長、創(chuàng)新X衛(wèi)星總師張曉峰向我們介紹稱，依靠中科院的現(xiàn)有衛(wèi)星研發(fā)技術，“創(chuàng)新X”衛(wèi)星平臺的后續(xù)研發(fā)成本幾乎為零，可直接生產(chǎn)。同時，據(jù)了解，衛(wèi)星創(chuàng)新院還成功打造了衛(wèi)星批量化生產(chǎn)新模式，實現(xiàn)了像生產(chǎn)汽車一樣生產(chǎn)衛(wèi)星。

一年半的短周期的研制也在提高載荷研制效率上起到了重要作用。由于時間緊張、過時不候，為了抓住這次免費上天的機會，各載荷單位全力以赴，投入到創(chuàng)新研制中來。

另外，空間新技術試驗衛(wèi)星還通過探索鑒定件再利用的方式，縮短加工周期，降低成本。鑒定件再利用是指，將之前已經(jīng)經(jīng)過鑒定級試驗的產(chǎn)品在控制風險、保證安全的情況下再次利用。

在“力箭一號”首飛一周年之際，商業(yè)航天公司中科宇航董事長兼總裁楊毅強與微小衛(wèi)星創(chuàng)新院張永合總師共同宣布了“創(chuàng)新X”科學航班計劃：每年搭載4顆50kg級科學微納星，2顆100kg級科學微小衛(wèi)星，1顆600kg級科學試驗衛(wèi)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。

衛(wèi)星創(chuàng)新院還在探索更多可持續(xù)發(fā)展的可能。未來的衛(wèi)星航班上，團隊將考慮合理配置以科學研究為主的載荷和有經(jīng)濟價值的載荷，實現(xiàn)衛(wèi)星研制成本覆蓋。張永合透露，目前已有不少企業(yè)希望付費搭乘上“創(chuàng)新X”系列航班。

可以預見在不久的將來，隨著科學技術的不斷發(fā)展和航天模式的不斷創(chuàng)新，民營力量將同國家力量一起，探索更廣闊的星辰大海。

（本文作者是《財經(jīng)》實習生）

責編：秦琪